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混合超级电容器MnO2//AC和LiMn2O4//AC体系的电化学性能研究

作　者: 杨春
导　师: 侯峰
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 混合超级电容器 氧化锰 锰酸锂 活性炭
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 8次
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内容摘要


混合超级电容器（HESC）综合了电池的高能量密度和超级电容器高功率密度的优点，在电动汽车上有广阔的应用前景，本论文以MnO2和LiMn2O4为研究对象，与活性炭组装成混合超级电容器，并研究其电化学性能。以高锰酸钾和硫酸锰为原料，加入一定量的FeSO4作为改性材料，通过XRD和SEM对Fe-MnO2材料进行结构和形貌分析。研究表明水浴温度为30C，Fe的掺杂量为2wt%时，制备的样品电化学性能最佳，在0.2A/g电流密度下的比电容为210F/g，较MnO2提高了12.7%。与活性炭组装成混合超级电容器后，具有较大的工作电压窗口（01.8V），在0.2A/g电流密度下，比电容为43.0F/g，能量密度为19.4Wh/kg，对应的功率密度为180W/kg，当功率密度增大10倍到1800W/kg时，能量密度为14Wh/kg。以LiMn2O4为正极，活性炭为负极，1mol/L Li2SO4溶液为电解液，组装成LiMn2O4//AC混合超级电容器。研究了活性炭的比表面积、正负极的质量配比、工作电压范围对LiMn2O4//AC电化学性能的影响，结果表明电压范围为01.8V，活性炭的比表面积为2000m2/g，正负极质量比为1:2为最佳实验条件。采用碳纳米管对正极LiMn2O4进行改性，正极中引入CNT增大正极的导电性，使LiMn2O4颗粒间有效接触，提高了LiMn2O4的活性和利用率，CNT的质量分数为1%时，比电容最高为85.9F/g，能量密度为38.26Wh/kg，对应的功率密度为2640.72W/kg。随着CNT质量分数的增加，虽然混合超级电容器的比电容呈下降趋势，但功率密度都较LiMn2O4//AC有提高。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-24
  1.1 引言  7-8
  1.2 混合超级电容器的反应机理  8-9
    1.2.1 氧化还原混合电容器  8
    1.2.2 脱嵌锂混合电容器  8-9
  1.3 混合超级电容器的电极材料  9-13
    1.3.1 碳材料  10-11
    1.3.2 金属氧化物材料  11-13
    1.3.3 含锂化合物  13
  1.4 混合电容器的研究进展  13-23
    1.4.1 氧化还原混合超级电容器的研究进展  13-19
    1.4.2 脱嵌锂混合电容器的研究进展  19-23
  1.5 课题的提出  23-24
第二章 实验原料、仪器及测试方法  24-29
  2.1 实验原料  24
  2.2 实验仪器  24-25
  2.3 电极的制备  25
  2.4 主要测试方法  25-29
    2.4.1 结构和形貌表征  26
    2.4.2 电化学性能测试  26-29
第三章 Fe 掺杂 MnO_2//活性炭的电化学性能研究  29-56
  3.1 Fe 掺杂 MnO_2复合材料的制备  29
  3.2 Fe 掺杂 MnO_2材料的形貌分析  29-33
    3.2.1 温度对 Fe 掺杂 MnO_2材料形貌的影响  30-32
    3.2.2 Fe 含量对 MnO_2材料形貌的影响  32-33
  3.3 Fe 掺杂 MnO_2材料的晶体结构分析  33
  3.4 Fe 掺杂 MnO_2材料的比表面积和孔径分布测试  33-35
  3.5 正极材料的电化学性能测试  35-49
    3.5.1 Fe 掺杂 MnO_2材料的电化学性能测试  35-49
  3.6 混合超级电容器的电化学性能测试  49-54
    3.6.1 混合超级电容器的循环伏安性能测试  49-51
    3.6.2 混合超级电容器的恒电流充放电测试  51-52
    3.6.3 混合电容器与双电层电容器的电化学性能比较  52-54
  3.7 本章小结  54-56
第四章 LiMn_2O_4//AC 混合超级电容器的电化学性能研究  56-75
  4.1 正负电极的制备及电极表征  56
  4.2 LiMn_2O_4和 AC 单电极在电解液中电压区间确定  56-58
  4.3 正、负电极质量配比的研究  58-60
    4.3.1 理论值 R’的计算  58
    4.3.2 实验值 R 的确定  58-60
  4.4 混合超级电容器的电压范围的确定  60-61
  4.5 负极材料对混合超级电容器电化学性能的影响  61-64
    4.5.1 负极的比表面积及孔径分布测试  62-63
    4.5.2 电化学性能测试  63-64
  4.6 负极的改性对混合超级电容器的性能影响  64-68
    4.6.1 负极引入 CNT 前后的电极 SEM 图  64-65
    4.6.2 改性后的混合超级电容器的恒电流充放电测试  65-66
    4.6.3 活性炭的比表面积对混合超级电容器的影响  66-68
  4.7 成型压力对混合超级电容器的影响  68-69
  4.8 CNT 对正极改性以及对混合超级电容器性能的影响  69-71
    4.8.1 不同正极的 SEM 图  70
    4.8.2 CNT 含量对混合超级电容器电化学性能的影响  70-71
  4.9 LiMn_2O_4//AC 体系混合电容器与双电层电容器电化学性能比较  71-74
    4.9.1 LiMn_2O_4//AC 混合电容器与双电层电容器的恒电流充放电测试  71-72
    4.9.2 LiMn_2O_4//AC 与双电层电容器的能量密度和功率密度关系  72-74
  4.10 本章小结  74-75
第五章 全文结论  75-76
参考文献  76-81
发表论文和参加科研情况说明  81-82
致谢  82

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 电容器
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