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金属氧化物基超级电容器电极材料的制备与电化学性能研究

作　者: 陈雅桃
导　师: 何平
学　校: 西南科技大学
专　业: 分析化学
关键词: 超级电容器二氧化锰二氧化锡 Co2SnO4 三氧化二钴活性炭复合材料
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

超级电容器是一种新型的电化学能量储存装置。与传统的电容器相比,超级电容器具有较高的功率密度、较长的循环寿命、低的等效串联电阻和对环境无污染等一系列的优点。它在电动汽车、航空航天、笔记本电脑和军事等方面都发挥重要的作用。因此,近年来对超级电容器的研究开发成为一个热点。在各种电极材料研究中,金属氧化物吸引了广泛兴趣。本文制备了金属氧化物基电极材料,采用X射线衍射法和扫描电子显微镜对制备材料微观结构和形貌做了表征;通过掺杂其他材料,采用循环伏安法、计时电位法和电化学阻抗等研究了所制备电极材料的电化学性能。主要研究内容和创新点归纳如下:（1）以氧化还原法制备MnO₂,溶胶-凝胶法制备SnO₂。研究了SnO₂掺杂MnO₂复合电极在KCl溶液中的电化学性能。当活性物中SnO₂的含量为10 wt%时,该复合电极的比容量为302.1 F/g,多次充放电测试后,其电容性能相当稳定。（2）以共沉淀法制备Co₂SnO₄粉末。形貌分析表明所制备的材料是三维纳米尖晶石球状结构。考察了Co₂SnO₄/AC复合电极在KCl电解液中的电化学性能。当Co₂SnO₄含量为25 wt%,该复合电极的比容量为285.3 F/g,1000次循环充放电后比容量衰减了4.2%。与活性炭电极相比,该复合电极不仅比容量大大提高,而且循环稳定性也得到改善。（3）以低温固相反应法制备Co₂O₃掺杂MnO₂。研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。在1.0 mol/L KCl溶液中,当Co₂O₃掺杂MnO₂复合电极中,Co含量为2.3 wt%时比容量达到340.1 F/g。1000次循环后比容量衰减到291.1 F/g,减少到最初的85.6%。通过分析反应前后的电化学阻抗图得出,电极材料的性能相当稳定,电化学测试没有引起其微观结构的改变。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-25
  1.1 超级电容器简介  10-12
    1.1.1 超级电容器研究背景  10-11
    1.1.2 超级电容器应用前景  11-12
  1.2 超级电容器工作原理  12-16
    1.2.1 双电层电容器工作原理  12-15
    1.2.2 法拉第电容器工作原理  15-16
  1.3 超级电容器国内外研究现状和发展趋势  16-23
    1.3.1 碳电极材料  16-18
    1.3.2 金属氧化物电极材料  18-22
    1.3.3 导电聚合物电极材料  22-23
  1.4 课题研究意义  23
  1.5 研究思路及研究内容  23-25
2 实验方法及原理  25-33
  2.1 主要实验仪器及化学试剂  25-26
    2.1.1 主要实验仪器与设备  25
    2.1.2 主要化学试剂与原材料  25-26
  2.2 测试方法及电极制备  26-33
    2.2.1 材料微观结构和形貌分析  26-27
    2.2.2 电极制备  27-28
    2.2.3 电化学性能测试方法  28-33
3 SnO_2 掺杂MnO_2 超级电容器电极材料制备与电化学性能研  33-42
  3.1 前言  33
  3.2 实验部分  33-35
    3.2.1 氧化还原法制备纳米二氧化锰  33
    3.2.2 溶胶-凝胶法制备二氧化锡  33-34
    3.2.3 材料微观结构及形貌分析  34
    3.2.4 工作电极制备  34
    3.2.5 电化学性能测试  34-35
  3.3 实验结果与讨论  35-41
    3.3.1 MnO_2 和 SnO_2 微观结构分  35
    3.3.2 MnO_2 和 SnO_2 形貌分  35-36
    3.3.3 复合电极循环伏安分析  36-37
    3.3.4 复合电极充放电性能研究  37-39
    3.3.5 复合电极电化学交流阻抗谱  39-40
    3.3.6 复合电极循环寿命分析  40-41
  3.4 本章小结  41-42
4 Co_2SnO_4 的合成及电化学性能研究  42-51
  4.1 前言  42
  4.2 实验部分  42-44
    4.2.1 纳米 Co_2SnO_4 制备  42-43
    4.2.2 材料微观结构及形貌分析  43
    4.2.3 工作电极制备  43
    4.2.4 电化学性能测试  43-44
  4.3 实验结果与讨论  44-50
    4.3.1 Co_2SnO_4 电极材料微观结构  44
    4.3.2 Co_2SnO_4 电极材料形貌分析  44-45
    4.3.3 Co_2SnO_4/AC 复合电极循环伏安分析  45-46
    4.3.4 Co_2SnO_4/AC 复合电极充放电性能研究  46-48
    4.3.5 Co_2SnO_4/AC 复合电极电化学交流阻抗谱  48-49
    4.3.6 Co_2SnO_4/AC 复合电极循环可逆性分析  49-50
  4.4 本章小结  50-51
5 Co_2O_3 掺杂MnO_2 复合材料制备及电化学性能研究  51-62
  5.1 前言  51-52
  5.2 实验部分  52-53
    5.2.1 Co_2O_3 掺杂 MnO_2 复合材料制备  52
    5.2.2 材料微观结构及形貌分析  52
    5.2.3 工作电极制备  52
    5.2.4 电化学性能测试  52-53
  5.3 实验结果与讨论  53-60
    5.3.1 Co_2O_3 掺杂 MnO_2 复合材料微观结构  53-54
    5.3.2 Co_2O_3 掺杂 MnO_2 复合材料形貌分析  54
    5.3.3 Co_2O_3 掺杂 MnO_2 复合电极循环伏安分析  54-55
    5.3.4 Co_2O_3 掺杂 MnO_2 复合电极充放电性能研究  55-58
    5.3.5 Co_2O_3 掺杂 MnO_2 复合电极电化学交流阻抗谱  58-59
    5.3.6 Co_2O_3 掺杂 MnO_2 复合电极循环可逆性分析  59-60
  5.4 本章小结  60-62
结论  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-79
攻读硕士学位期间论文发表情况  79-80

金属氧化物基超级电容器电极材料的制备与电化学性能研究

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