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含猛二元复合氧化物超级电容器电极材料研究

作　者: 李伟飞
导　师: 徐菁利
学　校:
专　业: 材料加工工程
关键词: 超级电容溶剂热法电性能锰酸锌锰酸钴钴酸锰
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

超级电容器也称为双电层电容器、电化学电容器等，是一种兼具传统电容器和电池优点的新型储能器件。通常来说，超级电容的容量最大可达数千法拉，其比能量达到了传统电容器的20～200倍；另一方面，超级电容也可在极短的时间内输出较高的电能，具备较高的功率密度，因而被认为是静电电容器和化学电池等传统储能元件的理想替代产品。伴随社会生产力的提高，地球上储量有限的传统能源已无法完全满足人类未来的发展需要；加上环保观念的日益增强，诸如太阳能、风能、潮汐能等一些新型能源开始成为人们的关注热点。如何高效率的将这些一次能源转化为人们可直接利用的二次能源(电能)固然是一个重要的研究领域；而如何将转化后的能量进行合理的储存和释放也是一个极具研究价值的课题。在这种背景下，广泛深入地开展对超级电容器，尤其是超级电容器电极材料的理论和应用研究，不仅具有较高的科学价值，更能有效提升超级电容行业的技术含量，以实现对电能更高效、更合理的储存和使用，因而极具现实意义。本文以应用于超级电容电极的含锰二元金属氧化物材料为主要研究对象，以溶剂热法为材料制备方法，以XRD和SEM为表征手段，以循环伏安法、恒流冲放电法和交流阻抗法为材料电性能测试方法，研究了锰酸锌、锰酸钴和钴酸锰三种材料的制备条件及其对材料电性能的影响。本文的主要研究内容及成果包括：1.选取溶剂热法作为电极材料的合成方法，成功制备出锰酸锌材料粉末；对各溶剂热反应温度下得到的锰酸锌样品进行了表征，研究了不同溶剂热温度下制得材料的形貌特点；对各反应温度下制得材料的电性能进行了研究，确定出锰酸锌材料的最佳制备温度在180℃，该温度下材料的比电容达到了129F/g；2.采用溶剂热法成功制备出锰酸钴材料粉末；对各溶剂热反应温度下得到的锰酸钴样品进行了表征，研究了不同溶剂热温度下制得材料的形貌特点；对各反应温度下制得材料的电性能进行了研究，确定出锰酸钴材料的最佳制备温度在140℃，该温度下材料的比电容达到了193F/g；3.采用溶剂热法成功制备出钴酸锰材料粉末；对各溶剂热反应温度下得到的材料样品进行了表征，明确了溶剂热反应温度与制得样品纯度的关系；对各反应温度下制得材料的电性能进行了研究，确定出钴酸锰材料的最佳制备温度在120℃，该温度下材料的比电容达到了225F/g。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
目录  10-12
第一章绪论  12-31
  1.1 引言  12-13
  1.2 超级电容器简介  13-20
    1.2.1 超级电容器的工作原理和结构形式  13-16
    1.2.2 超级电容器的分类  16-17
    1.2.3 超级电容器的主要特点  17-18
    1.2.4 超级电容器的应用前景  18-20
  1.3 超级电容器电极材料国内外研究概况  20-29
    1.3.1 碳基材料  20-22
    1.3.2 金属氧化物材料  22-26
    1.3.3 导电聚合物材料  26-27
    1.3.4 复合材料  27-29
  1.4 本文的主要内容和创新点  29-31
第二章实验方法及原理  31-37
  2.1 引言  31
  2.2 主要实验原料和仪器设备  31-32
    2.2.1 实验原料及设备  31-32
    2.2.2 仪器设备  32
  2.3 材料表征及电化学性能测试  32-36
    2.3.1 X 射线衍射(XRD)  32-33
    2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)  33
    2.3.3 工作电极的制备  33-34
    2.3.4 电极性能测试方法及原理  34-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章锰酸锌电极材料的制备及其性能研究  37-50
  3.1 引言  37
  3.2 实验部分  37-39
    3.2.1 ZnMn_2O_4粉末的制备  37-38
    3.2.2 ZnMn_2O_4电极的制备  38
    3.2.3 反应温度的优化  38
    3.2.4 测试仪器与环境  38-39
  3.3 测试结果与讨论  39-49
    3.3.1 XRD 分析  39-40
    3.3.2 SEM 分析  40-42
    3.3.3 电化学性能测试  42-49
  3.4 本章小结  49-50
第四章锰酸钴电极材料的制备及其性能研究  50-63
  4.1 引言  50
  4.2 实验部分  50-52
    4.2.1 CoMn2O4粉末的制备  50-51
    4.2.2 CoMn2O4电极的制备  51
    4.2.3 反应温度的优化  51
    4.2.4 测试仪器与环境  51-52
  4.3 测试结果与讨论  52-62
    4.3.1 XRD 分析  52-53
    4.3.2 SEM 分析  53-55
    4.3.3 电化学性能测试  55-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章钴酸锰电极材料的制备及其性能研究  63-76
  5.1 引言  63
  5.2 实验部分  63-65
    5.2.1 MnCo_2O_4粉末的制备  63-64
    5.2.2 MnCo_2O_4电极的制备  64
    5.2.3 反应温度的优化  64
    5.2.4 测试仪器与环境  64-65
  5.3 测试结果与讨论  65-75
    5.3.1 XRD 分析  65-66
    5.3.2 SEM 分析  66-68
    5.3.3 电化学性能测试  68-75
  5.4 本章小结  75-76
第六章总结与展望  76-79
  6.1 全文工作总结  76-77
  6.2 本文的创新点  77-78
  6.3 后续研究工作建议  78-79
参考文献  79-87
攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果  87-88
致谢  88-89

含猛二元复合氧化物超级电容器电极材料研究

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