纳米金属氧化物复合材料的制备及其超级电容性能研究

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超级电容器是一种性能介于传统电容器和电池之间的新型高功率储能器件。与电池相比,超级电容器具有更大的功率密度;与传统静电电容器相比,具有循环寿命长、能量密度高、充放电效率高和能够瞬间释放大电流等优点。近年来已引起研究者的广泛关注。超级电容器的研究主要集中在高性能电极材料和电解质的制备上。本文采用了 XRD、SEM等测试方法研究物质的形貌和微观结构;循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等实验方法研究电极的电化学性能。主要包括以下内容:以浓HNO3多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面改型处理,运用IR、SEM对制备的材料进行了形貌和结构分析,通过循环伏安、恒流充放电测试和交流阻抗研究了电极的电化学性能。结果表明,在2mol/LKOH电解液中电极表现出良好的电化学特性,其比电容达到32.4F/g。同时对聚丙烯腈(PAN)碳毡进行表面处理研究其电化学性能。以MWCNTs、KMnO4、MnSO4为主要原料采用简单的化学沉淀法制备出用于超级电容器的CNTs/MnO2复合电极材料。重点研究了原料配比和不同电解液对电极性能的影响。结果表明在2mol/LKOH溶液中,MnO2含量为20%时得到最大比电容为103 F/g以MnSO4和(NH4)2S2O8为主要原料,Fe(NO3)3为添加剂,采用水热法制备了菜花状MnO2。运用XRD.SEM对制备的MnO2进行了形貌和结构分析。通过循环伏安、恒流充放电测试和交流阻抗研究了 MnO2的电化学性能。结果表明,实验制备的MnO2为α型结构,所形成的菜花状结构直径约为700nm。在6mol·L-1 KOH电解液中0-0.4V(vsSCE)的电位范围内表现出良好的超级电容器性能,电流密度为100mA·g-1时,其比容达到176F·g-1采用化学共沉淀法制备了纳米Fe3O4,系统考察了 Fe3+/Fe2+的配比,反应pH值,熟化温度等对Fe3O4纳米粒子生成的影响,从而确定最佳反应条件。将纳米Fe3O4应用到超级电容器上,研究了其作为电容器电极材料的电化学性能。结果表明,在最佳反应条件下,制备出的纳米Fe3O4的晶体结构完整;经电化学性能测定,Fe3O4作为电极材料的工作电压为0.4V,在电流密度为1mA/cm2时比容量达24.3F/g。
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