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金属氧化物超级电容器电极材料的研究

在超级电容器的研究中,许多工作都是围绕开发在某种电解液中有较高比能量的电极材料而展开的。目前应用于超级电容器的电极材料有三种:碳基材料、贵金属氧化物材料和导电聚合物材料。碳基超级电容器比容量小,氧化时易发生腐蚀,内阻较大;过渡金属氧化物作为电极材料是利用氧化还原反应获得的准电容来存储能量,比电容大。贵金属氧化物(RuO_2)是性能优异的超级电容器电极材料,但其价格昂贵,有毒。冈此价格低廉、环境友好、具有较高氧化还原电容的过渡金属氧化物成为超级电容器最理想的电极材料。本论文共分为五章。第一章综述了超级电容器的储能机理、特点、应用范围等,并介绍了碳基材料、金属氧化物和导电聚合物做电极材料,以及各种电解液的超级电容器的最新研究进展。最后提出了自己对超级电容器电极材料研究设想和方法。第二章为MnO_2及其复合材料的制备和超电容特性,由四部分组成:1.用K_2S_2O_8氧化MnSO_4·H_2O成功制得可用于电化学超级电容器电极材料的超  (本文共86页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京大学
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MnO_2基及硫化物复合电容材料的制备与超级电容性能研究

超级电容器因具备有高功率密度、快速充放电和长循环寿命等优点,被认为是有巨大发展潜力的新型能量储存与转化器件。目前,超级电容器仍存在能量密度低、漏电流大等瓶颈问题,探索新型的电极材料是解决这一问题的关键。过渡金属氧化物(如二氧化锰)和硫化物因具有较高的理论电容值、成本低、环境友好等特点受到广泛关注,但其本身较低的导电性和比表面积使实际电容远小于理论值。为此,国际上往往采用独特的结构设计来提高材料的比表面积,通过引入高导电材料实现导电性的提升。然而,大多数研究仅集中在这两个影响因素之一的改进,在微纳尺度下通过设计不同活性电容材料间的复合方式实现性能优化的研究很少涉及,不同组分间的协同效应、尺寸效应对性能的影响尚不清楚;实现高性能(能量密度和循环稳定性)柔性超级电容器的低成本制备仍存在挑战。针对以上问题,本文设计并成功制备了纳米粒子Fe304掺杂微米球状多孔Mn02的复合超级电容材料。由于Mn02和Fe304都具有赝电容特性,该复合材...  (本文共97页) 本文目录 | 阅读全文>>

河南师范大学
河南师范大学

镍基和锰基氧化物超级电容器电极材料的研究

在过去的几十年里,作为清洁能源转换和存储设备的超级电容器,因其具有高的功率密度,充电时间短,安全可靠性高和很长的循环使用寿命等特点,引起了研究人员的密切关注和广泛的研究。现如今,由于过渡金属氧化物材料成本低廉,矿产资源非常丰富和对环境污染程度低等特点,其被广泛用作超级电容器的电极材料,并引起了研究者们极大的兴趣。最近,关于镍钴复合的氧化物电极材料的研究也越来越多。本研究论文中,我们通过一种简单的水热合成法,通过固定乙醇胺的添加量为0.5 ml,煅烧温度为300℃时,我们成功地制备出了NiO-Ni CoO_2-Co_3O_4复合氧化物电极材料,该复合氧化物材料具有纳米片、纳米颗粒、纳米线三种形貌,且该复合氧化物电极材料具有较高的比电容,其比电容在1.0和10 A/g时分别为990和580 F/g。在10 A/g的电流密度下,经过一千次循环充放电之后其比电容值仍然可以保留最大电容值的50%左右。这表明了NiO-Ni CoO_2-Co...  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

复合Mn基氧化物超级电容器电极材料研究

全球经济的快速发展导致化石燃料的快速消耗和环境污染的增加。因此,高效、清洁和可持续发展的新能源以及相应的能量转换存储新技术成为目前全球范围内的研究热点。电化学超级电容器(ES)因为具有高功率密度和长循环寿命的优势而受到越来越多的关注。目前超级电容器面临的主要挑战包括低能量密度和高生产成本。关于超级电容器电极材料的研究主要集中在开发新型电极材料和开发复合电极材料两个方面。本论文主要以二氧化锰、钙钛矿型氧化物以及它们的复合物作为超级电容器电极材料,并对电极材料的物理化学特性、电化学性能以及相关的机理进行了深入研究。本文首先利用简单的水热法合成MnO_2并分析了其物相特征以及电化学性能;然后将MnO_2在100~700℃之间进行退火处理,并对不同退火温度处理的MnO_2电极进行研究,发现随着退火温度的增加MnO_2的物理化学特性以及电化学性能发生明显变化;当退火温度在100~300℃范围内时MnO_2的电化学性能得到大幅度提升。退火温...  (本文共119页) 本文目录 | 阅读全文>>

东华大学
东华大学

锰基金属氧化物及其复合材料超级电容器电极材料的制备与电化学性能研究

近年来,超级电容器以其高功率密度、快充放电速度、长使用寿命和高安全性,逐渐成为下一代能源装置中最具潜力的储能设备,能够满足时代发展所需的现代电子设备和能源系统。根据电荷存储机理,超级电容器大致可以分成两类,即使用碳基电极材料的双电层超级电容器和使用具有氧化还原反应电极材料的赝电容超级电容器。到目前为止,对于赝电容超级电容器电极材料的研究主要集中在发展具有商用前景的过渡金属氧化物,因为它们具有丰度高、价格低廉、环境友好的特点,特别是能为氧化还原反应提供多种电荷价态,因而能够获得更高的能量密度和理论比电容值。由于不同的过渡金属氧化物有着各异的微观结构和组分,在作为电极材料时,电极/电解液界面性质和离子传输速率也不尽相同,因而电荷存储能力具有本质的差别。在这篇博士学位论文中,我们以多种不同微观结构的MnO2电极材料的制备为基础,围绕提高过渡金属氧化物电极材料电化学性能所面临的部分挑战,逐步发展Mn基复合金属氧化物电极材料,并探讨其在实...  (本文共142页) 本文目录 | 阅读全文>>

中南大学
中南大学

超级电容器用新型电极材料的研究

超级电容器作为一种新型储能器件受到新能源产业界和学术界高度关注。高性能电极材料研发是超级电容器领域的核心问题。本文基于导电高聚物、碳材料以及金属氧化物等超级电容器用三类主要电极材料,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(IR)、循环伏安(CV)、交流阻抗测试(EIS)和恒流充放电等现代分析测试手段,探求新型复合材料的合成制备方法,研发具有特殊微观结构、高性能超级电容器用电极材料。研发的三种方法所得材料的放电比容量分别为179.6 F/g、97.2 F/g和214.0F/g,远高于MnO2电极材料的129.3F/g。论文主要研究内容与结果如下:(1)采用氧化聚合法,分别以过APS(硫酸铵)和MnO2作为氧化剂合成合成制备了导电PANI(聚苯胺)电极材料A-PANI和M-PANI;采用界面聚合法,以不同浓度的甲酸作为掺杂剂合成制备了导电PANI电极材料;采用氧化聚合法,以MnO2作为氧化剂,原位生长制备了导电PA...  (本文共110页) 本文目录 | 阅读全文>>