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固相法合成纳米MnO_2及其电容性能研究

作　者: 韩莹
导　师: 景晓燕
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 应用化学
关键词: 超级电容器 纳米二氧化锰 水系电解液 有机电解液 改性 隔膜材料
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 333次
引　用: 1次
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内容摘要


超级电容器是一种介于电池和静电电容器之间的新型储能元件。超级电容器能够满足电动汽车启动、加速等高功率输出的需要,也能用于电路元件、小型电器和直流开关电源等。由于超级电容器适合超大功率放电,其电极过程与化学电源有较大差别,开展超级电容器电极材料、电解液等基础领域的研究具有重要的理论意义和现实意义。本文采用低温固相法制备了纳米二氧化锰,通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等手段对样品的结构及形貌进行了表征,通过循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学测试方法对MnO2超级电容在电极材料、电解液和组装技术等方面进行了详细研究。 低温固相反应制备的纳米MnO2经X射线衍射分析表明其是α-MnO2和γ-MnO2组成的混合晶相。通过循环伏安和恒流充放电测试表明该电极材料在（NH4）2SO4溶液中具有优异的电容特性,放电比容量可达153.2F/g。当在（NH4）2SO4溶液加入0.4mol/L的K2SO4溶液后,耐腐蚀时间增大了11倍,而比容量仅减小15.6%。本文还选取了LiNO3/DMF有机电解液,测试结果表明在1mol/L的LiNO3/DMF溶液中其工作电压可达2V,比容量可达133F/g,等效串联电阻为10.032Ωcm2,经过1000次循环比容量损失小于10%。 通过低温固相法制得的MnO2-La2O3复合材料,其放电容量可达230.3F/g,比MnO2电极材料提高近50%。MnO2-La2O3材料组装成单体电容后在（NH4）2SO4水溶液中放电容量提高35%,在LiNO3/DMF有机溶液中提高了13%。 以琼脂为基体,通过改性处理,制备出新型超级电容器用隔膜材料。当改性剂（PAM）添加量为800ppm时,改性琼脂膜的吸液率与保液率分别为400.1%和335.1%,应用此隔膜的MnO2/C超级电容器放电比容量可达23.4F/cm3,比琼脂膜提高了49%,经千次循环容量衰减仅为10%。在LiNO3/DMF电解液中聚酰胺微孔膜放电比体积容量可达15.3F/cm3。

全文目录


第1章 绪论  11-22
  1.1 课题研究的背景及意义  11
  1.2 超级电容器简介  11-16
    1.2.1 超级电容器分类  11-12
    1.2.2 超级电容器贮能机理  12-14
    1.2.3 超级电容器特点  14-15
    1.2.4 超级电容器应用及前景  15-16
  1.3 超级电容器研究进展  16-20
    1.3.1 超级电容器的电极材料研究进展  16-17
    1.3.2 超级电容器的电解液研究进展  17-19
    1.3.3 超级电容器隔膜材料研究进展  19-20
  1.4 超级电容器主要发展方向  20-21
    1.4.1 电极材料的制备工艺  20
    1.4.2 电解液的选择及用量  20-21
    1.4.3 新型隔膜材料的研制  21
  1.5 本课论文主要工作  21-22
第2章 超级电容器电化学性能测试方法  22-29
  2.1 恒流充放测试  22-25
    2.1.1 测试原理  22-24
    2.1.2 单电极恒流充放电测试系统  24-25
  2.2 循环伏安测试  25-28
    2.2.1 测试原理及方法  25-28
    2.2.2 实验仪器和设备  28
  2.3 本章小结  28-29
第3章 纳米二氧化锰电极在不同电解液中电容特性的研究  29-46
  3.1 纳米二氧化锰的制备  29-30
  3.2 电极的制备  30
  3.3 样品物性测试  30-31
  3.4 循环伏安与恒流充放电测试  31
  3.5 二氧化锰在水系电解液中电容性能的研究  31-38
    3.5.1 酸性电解液  32
    3.5.2 碱性电解液  32-33
    3.5.3 中性电解质的选择  33-35
    3.5.4 (NH_4)_2SO_4浓度对MnO_2电容性能的影响  35-36
    3.5.5 混合电解液的性能  36-38
  3.6 二氧化锰在LiNO_3/DMF有机电解液中电容性能的研究  38-44
    3.6.1 循环伏安测试  39-40
    3.6.2 恒流充放电测试  40-41
    3.6.3 LiNO_3/DMF有机电解液浓度对容量的影响  41-42
    3.6.4 循环寿命  42-43
    3.6.5 交流阻抗测试  43-44
  3.7 本章小结  44-46
第4章 二氧化锰-氧化镧复合材料电容性能研究  46-56
  4.1 MnO_2-La_2O_3复合材料的制备  46
  4.2 电极的制备  46
  4.3 物性测试  46-47
  4.4 La_2O_3含量对MnO_2-La_2O_3材料性能的影响  47-50
    4.4.1 循环伏安测试  47-49
    4.4.2 恒流充放电测试  49-50
  4.5 扫描速度对MnO_2-La_2O_3复合电极材料的影响  50-51
  4.6 工作电流对MnO_2-La_2O_3复合材料的影响  51-53
  4.7 MnO_2-La_2O_3电极在LiNO_3/DMF中的性能研究  53-54
  4.8 单体电容性能的研究  54
  4.9 本章小结  54-56
第5章 MnO_2/C超级电容器隔膜材料的研究  56-62
  5.1 隔膜的制备及性能测试  56-57
    5.1.1 改性琼脂膜的制备  56
    5.1.2 聚酰胺微孔膜的制备  56-57
    5.1.3 隔膜吸液性和保液性测试  57
    5.1.4 折痕  57
  5.2 电极的制备及单体电容的组装  57-58
  5.3 水系电解液中MnO_2/C超级电容器隔膜的研究  58-60
    5.3.1 几种隔膜材料的对比  58
    5.3.2 隔膜改性剂对单体电容性能的影响  58-60
  5.4 LiNO_3/DMF电解液中MnO_2/C超级电容器隔膜的研究  60-61
  5.5 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-70
攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果  70-71
致谢  71

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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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