学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

二氧化锰电化学超级电容器电极材料的基础应用研究

作　者: 盘茂森
导　师: 朱云
学　校: 昆明理工大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 电化学超级电容器 双电层电容器 准电容电容器 二氧化锰 循环伏安法
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 475次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


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MnO2超级电容器电极材料。利用XRD、SEM等检测手段对制得的MnO2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MnO2粉末。经XRD和SEM检测分析，MnO2粉末主要是α-MnO2和R-MnO2。两种方法制得的MnO2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/cm2，MnO2：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MnO2有很大的影响。经300℃煅烧活化，比电容可以提高到159F/g。HNO3活化起到消极作用，使比电容降低到41F/g。1mol/L H2SO4活化可使MnO2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MnO2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，MnO2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MnO2中掺杂Sn和Fe，可以大大提高MnO2的比电容，分别达173F/g和197F/g。因此，对MnO2超级电容器电极材料及其掺杂的研究具有重大意义。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 电化学超级电容器概述  9-12
    1.1.1 引言  9
    1.1.2 超级电容器的名称和分类  9-10
    1.1.3 超级电容器的特点和用途  10-12
  1.2 超级电容器的国内外研究现状  12-16
    1.2.1 电极材料研究概况  12-15
    1.2.2 电解质的研究概况  15-16
  1.3 本文研究主要工作  16
  1.4 本文研究意义  16-18
第二章 基础理论研究  18-29
  2.1 电化学超级电容器的原理  18-22
    2.1.1 双电层电容器  18-20
    2.1.2 法拉第准(赝)电容器  20-22
  2.2 二氧化锰的充放电机理  22-24
  2.3 电极性能测试原理  24-29
    2.3.1 循环伏安测试  24-27
    2.3.2 恒流充放电测试  27-29
第三章 实验方法  29-34
  3.1 仪器设备及试剂  29-30
    3.1.1 化学试剂及原料  29-30
    3.1.2 设备及仪器  30
  3.2 电极制备  30-32
    3.2.1 二氧化锰的制备  30-31
    3.2.2 电极制作  31-32
  3.3 试验装置  32-33
  3.4 超级电容器单体的组装  33-34
第四章 结果与分析  34-65
  4.1 二氧化锰检测  34-37
    4.1.1 二氧化锰的 XRD分析  34-36
    4.1.2 二氧化锰的 SEM分析  36-37
  4.2 二氧化锰性能测试  37-40
    4.2.1 循环伏安测试  37-38
    4.2.2 充放电测试  38-40
  4.3 影响电极比电容因素考察  40-51
    4.3.1 活性物质质量影响  40-42
    4.3.2 活性物质配比影响  42-46
    4.3.3 电解液浓度影响  46-48
    4.3.4 扫描速度的影响  48-50
    4.3.5 充放电流大小影响  50-51
  4.4 二氧化锰活化的作用  51-56
    4.4.1 锻烧活化  51-54
    4.4.2 硫酸和硝酸活化  54-56
  4.5 低温固相合成掺杂  56-62
    4.5.1 Sn 对二氧化锰电极的作用  56-59
    4.5.2 Sn-Fe对二氧化锰电极的作用  59-61
    4.5.3 Sn-Cr对二氧化锰电极的作用  61-62
  4.6 液相氧化还原掺杂  62-65
第五章 结论  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-75
附录 A 攻读硕士期间发表的论文  75

相似论文

  1. 高比表面积活性炭的制备、成型及初步应用,TQ424.1
  2. 铜蓝蛋白的电化学研究,Q51
  3. Ce/Sm掺杂TiO_2电致变色薄膜的制备与表征,TB383.2
  4. 银掺杂聚L-天冬氨酸修饰电极的制备及应用,O657.1
  5. LiFePO_4-AC/AG-AC超级电容电池用双功能电解液及其与电极材料的相容性研究,TM912
  6. 超级电容器改善同步发电机系统稳定性能的研究,TM31
  7. 导电高分子修饰活性炭电极的制备与电化学性能研究,TM53
  8. 电化学超级电容器薄膜电极材料的制备及其性能研究,TM53
  9. 导电高分子修饰电极的电化学性能研究,TB34
  10. LiODFB基电解液及其与LiFePO_4-AC/AG-AC超级电容电池电极材料的相容性研究,TM912
  11. 碳基电化学超级电容器新型电解液的研究与应用,TM53
  12. 球形有序中孔炭的合成及其电化学应用,TB383.4
  13. 分散铂聚苯胺修饰电极对肾上腺素电催化作用的研究,R341
  14. 超级电容器炭电极材料的制备和应用研究,TM53
  15. 乙二醇在铂及其合金电极上的电氧化行为研究,O646.54
  16. 高比表面积活性炭的制备及其在双电层电容器中的应用研究,TQ424
  17. 纳米氧化物的制备及在超级电容中的应用,TB383
  18. 超级电容器相关技术研究,TM53
  19. 电化学超级电容器电极材料的研究,TM53
  20. 二茂铁衍生物的合成与性质研究,O627.81
  21. 碳基有机电解液双电层超级电容器的研究,TM53

中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 电容器
© 2012 www.xueweilunwen.com