超级电容器纳米电极材料研究

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1、摘要摘要超级电容器是～种介于电池和传统电容器之闯的新型高功率储能器件。它比电池具有更大的功率密度，比传统静电电容器具有更高的能量密度，且同时具有瞬间释放超大电流特性、充放电效率高、循环寿命长等优点。对超级电容器的研究，主要集中在电极材料方面。本文分别制备了过渡贱金属氧化物，碳复合气凝胶材料和纳米晶过渡贱金属氧化物材料，研究了材料的制备、结构与性能，以及影响电容性能的因素、赝电容形成机理。主要砑究内容与结果总结如下：(1)首次提出采用Mn02／碳复合气凝胶材料作为超级电容器电极材料。通过溶胶一凝胶法结合超

2、临界干燥工艺制备了纳米Mn02，碳复合气凝胶材料，研究了材料的制备条件及电极的测试条件对电极电化学性能的影响。结果表明：Mn02和碳比例为3／7时，1mol／LNa2S04电解液中比容量最大，达182．64F／g，中频区向高频区转变的“拐点”频率为46．5Hz，欧姆阻抗为4．85Q；(2)在上述制备工艺的基础之上，首次成功制备了V205，碳复合气凝胶材料，研究了电解液浓度、电极循环次数对V20s／碳复合气凝胶电极电化学性能的影响。结果表明：V205／碳复合气凝胶材料在lmollLNa2S04电解液中比容

3、量达173．34F／g：其长时循环性能比较出色：中频区向高频区转变的拐点频率为25、7Hz，欧姆阻抗为O．45at。采用与Mn02，碳复合气凝胶材料相同工艺制备了Co，od碳复合气凝胶材料，测定其循环伏安益线、充放电曲线和交流阻抗谱。(3)将溶胶．凝胶自蔓延燃烧法制备的纳米晶过渡贱金属氧化物材料(NiO。、CoO。、V205)作为超级电容器用电极材料，分别对这三种纳米晶材料进行物性表征，测定电化学性能。结果发现NiO。晶粒的平均粒径为30hm，在0--43．5V电位窗口下表现出明显的赝电容效应，并具有良

4、好的可逆性。2mol／L的KOH电解液中测试其平均比容量为：78．7F／g；CoO。晶粒的平均粒径为64．2nm，2molJL的KOH电解液中测试，其平均比容量达167．5F／g：而V205晶粒的平均粒径为65．4nm，在2mol／LLiCI电解液和1mol几的Na2S04电解液中其电化学过程明显不同，认为其在LiCI电解液中发生的是锂离子的嵌入／脱嵌过程，而在Na2S04电解液中则存在赝电容效应。关键词：超级电容器，双电层电容器，赝电容器，气凝胶，纳米晶——垒堕!翌AbstractSupercapac

5、itorsisanewtypeofelectrochemicalenergystoragedevices．Theyhavehighpowerdensity,highcharge／dischargeefficiencyandlongcyclelifeincomparisonwithrechargeablebatteriesandtraditionalelectrostaticcapacitors．Inthisthesis，thecompositecarbonaerogelisinvestigatedfor

6、electrodematerialsofsupercapacitors．Thestudiesconcentratedonthepreparation，characterisationofthecompositecarbonaerogelelectrodesandfactorsaffectingtheircapacitiveproperties．Themainresultsaregivenasfollows：(1)Manganesedioxide／carboncompositeaerogelbyameth

7、odofs01．gelprocesscombinedwithsupercriticaldryingtechniqueweresynthesizedfortheelectrodesofsupercapacito您．Thepreparationprocessofthecompositeaerogelwasinvestigatedandoptimizedindetails．Theeffectsofannealingtemperatures，electrolyteconcentrationonthecapaci

8、tivepropertiesofthemanganesedioxide／carboncompositeaerogelelectodeswerestudied．Theresultsshowthatthespecificcapacitanceisenhancedbyusingprocessofsupercriticaldrying．Thespecificcapacitanceisabout182．64Figinlmol／LaqueousNa2S