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金属氧化物电化学电容器电极材料的研究

王虹  
【摘要】: 超级电容器作为一种新型的储能器件,因其功率密度高、循环寿命长、绿色环保等优点,被广泛应用到工业大型UPS电源系统、电动汽车以及航空航天等领域。本论文是分别以V_2O_5、TiO_2和NiO为电化学电容器的电极材料,系统研究制备方法及掺杂复合对V_2O_5、TiO_2和NiO电化学性能的影响。 本论文主要进行了以下几方面的研究工作: 1.本文采用化学沉淀法和溶胶凝胶法制备亚微米级V_2O_5粉末材料。溶胶凝胶法制备的V_2O_5材料在LiClO_4、LiPF_6、四氟硼酸胺三种有机电解液体系中,表现出良好的电容性能,通过CV和恒流充放电研究表明,在1M LiClO_4中的性能最好,比能量为20.20Wh/kg。 2.通过掺杂镍、锡和炭材料对V_2O_5的改性,提高V_2O_5的比容量和比功率。镍、锡掺入到V_2O_5中,比表面积分别为92m~2/g和121m~2/g。比能量得到提高,分别为15.6Wh/kg和54.5Wh/kg。碳材料掺杂比表面积增大达到499m~2/g,导电性增加,循环性能提高。 3.通过对TiO_2粉末掺杂Ni、C制备出具有锐钛矿型的TiO_2复合电极材料。采用XRD、SEM、CV、交流阻抗和恒流充放电循环等测试手段,考察了Ni、C掺杂对TiO_2晶型结构及电化学性能的影响。 4.本文采用球磨法制备Ni(OH)_2,比表面积达100m~2/g。CV、交流阻抗和恒流充放电研究表明Ni(OH)_2具有赝电容特性。在250℃热处理得到NiO,比表面积为175m~2/g,比功率952.2W/kg。采用NiO和活性炭为正负极材料,制备成SC型钢壳电化学电容器,对其进行串并联组合进行电化学性能研究。 5.采用微波法制备NiO电极材料,对微波功率和反应时间进行考察,480W微波加热135秒的NiO材料的电容性能最好。将硫酸镍与含有掺杂元素的化合物混合,利用微波法制备掺杂NiO,掺Al/Ni=0.3的NiO材料的比表面积为202m~2/g,掺Co/Ni=0.4的NiO材料的比表面积为146m~2/g。


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