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《昆明理工大学》 2006年
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二氧化锰电化学超级电容器电极材料的基础应用研究

盘茂森  
【摘要】: 电化学超级电容器作为一种新型的储能器件,兼具了传统静电电容器功率密度大和充电电池能量密度高的优点。它还具有容量高、充放电快和循环寿命长等特点,使其在电动汽车电源、便携式仪器设备、数据记忆存储系统及大功率脉冲发生器等领域有着广阔的应用前景,因而在全世界范围引起了广泛的关注。对超级电容器的研究,主要集中在高性能电极材料和电极的制备上。目前工业上生产的超级电容器电极材料主要是炭基电极材料。但基于双电层存储电荷的炭基电极材料限制了超级电容器容量的进一步提高。为了获得更大容量的超级电容器,许多学者转向了金属氧化物电极材料的研究。 本文主要研究了MnO_2超级电容器电极材料。利用XRD、SEM等检测手段对制得的MnO_2结构及改性表面形态进行了研究。通过循环伏安、恒流充放电等电化学方法研究了电解液浓度和活性物质配比等对比电容的影响。 首先,用低温固相合成和液相氧化还原两种方法制备了适合做超级电容器电极材料的MnO_2粉末。经XRD和SEM检测分析,MnO_2粉末主要是α-MnO_2和R-MnO_2。两种方法制得的MnO_2的粒径分别在900nm~5μm和200nm~900nm之间。并研究了其在6mol/L KOH电解液浓度中的循环伏安、恒电流充放电等电化学性能,在-500mA/g电流密度下分别获得了150.4F/g和107.2F/g的比电容;在-200mA/g电流密度下比电容分别为206.5F/g和112.9F/g。通过研究表明,最佳的电极测试条件是:活性物质量在25~50mg/cm~2,MnO_2:石墨:PTFE=60~40:25~45:15,KOH电解液浓度为6mol/L。 其次,煅烧活化和酸活化对MnO_2有很大的影响。经300℃煅烧活化,比电容可以提高到159F/g。HNO_3活化起到消极作用,使比电容降低到41F/g。1mol/L H_2SO_4活化可使MnO_2比电容达146F/g。 最后,进行低温固相合成法掺杂,主要包括掺杂Sn、Sn-Fe、Sn-Cr。Mn:Sn摩尔比为100:20时比电容最大,达173F/g;少量Fe的加进能大大提高比电容,达197F/g;Cr对MnO_2有一定改善作用,但不明显。液相氧化还原法掺杂Sn起不到任何作用,和不作任何掺杂时的比电容差不多,在89F/g左右。 上述试验结果表明,MnO_2具有更高的比电容,达150~200F/g;而炭材料一般只有100F/g左右。在MnO_2中掺杂Sn和Fe,可以大大提高MnO_2的比电容,分别达173F/g和197F/g。因此,对MnO_2超级电容器电极材料及其掺杂的研究具有重大意义。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TM53

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