基于多氧化態(tài)金屬的氧化物的贗電容及其器件.pdf

1、能源無時(shí)無刻不在影響著人們的生活，而如何將由低品位能源轉(zhuǎn)化得到的高品位能源存儲(chǔ)下來并持續(xù)穩(wěn)定地輸出則成為了當(dāng)前社會(huì)亟需解決的問題。在電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置中，電化學(xué)電容器不但具有穩(wěn)定的功率密度，而且具有令人滿意的能量密度。在電化學(xué)電容器中，電極材料對(duì)其性能起到了至關(guān)重要的作用。而在電極材料中，金屬化合物能夠提供比傳統(tǒng)碳基材料更高的能量密度，以及比導(dǎo)電聚合物更好的電化學(xué)穩(wěn)定性，因此更適合于商業(yè)化應(yīng)用。
　　本文設(shè)計(jì)并制備了幾類錳系氧化物

2、及釩系氧化物，并分別組裝了對(duì)稱型、準(zhǔn)對(duì)稱型及非對(duì)稱型電化學(xué)電容器，通過各種表征測(cè)試手段對(duì)材料的組成、形貌及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，同時(shí)利用電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了全面的分析。主要內(nèi)容如下：
　　1、以電極電位為理論依據(jù)，采用類似水熱法合成前驅(qū)體，經(jīng)過熱處理后得到了光滑大片狀β-Bi2O3電極材料。此外，還采用不同的前驅(qū)體制備了Bi2O3無定形納米顆粒與其進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果表明，β-Bi2O3電極材料在中性電解液中的電位窗口為

3、-1.5 V~+1.5 V，容量為871.2C g-1，當(dāng)電流密度增大10倍至10 A g-1時(shí)的容量保持率為74.4%，并且經(jīng)過1000次循環(huán)之后仍能保持初始容量的78.9%，這為后續(xù)電極材料的設(shè)計(jì)提供了切實(shí)可行的指導(dǎo)方法。
　　2、采用水熱法及后續(xù)熱處理得到NiMoO4表面修飾的 MnO2納米片復(fù)合物電極材料。根據(jù)形態(tài)學(xué)特性可知，MnO2表面修飾了 NiMoO4之后不但避免了其在堿性電解液中的溶解，而且提高了容量。該電極的比容

4、量為2525 F g-1，當(dāng)電流密度增加到8 A g-1時(shí)的倍率性能為75.9%，明顯高于純相MnO2電極（52.8%）和純相NiMoO4電極（61.5%）的倍率性能，而且經(jīng)過3000次循環(huán)后的容量保持率可達(dá)74.8%。這一優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性是由NiMoO4與MnO2之間的耦合效應(yīng)以及可能的半導(dǎo)體表面復(fù)合效應(yīng)所造成的。
　　3、采用水熱法制備所得Mn3(PO4)2超薄納米片電極材料，經(jīng)過電化學(xué)測(cè)試表征表明，該電極材料在不同

5、的電解液體系中均具有寬的電位窗口（中性：-0.9 V~+0.7 V，堿性：-0.5 V~+0.6 V）、令人滿意的比容量（中性：203 F g-1，堿性：194 F g-1）、優(yōu)異的倍率性能（中性：88%，堿性：85.1%）和良好的循環(huán)穩(wěn)定性（中性：10000次循環(huán)保持91.1%，堿性：10000次循環(huán)保持88.9%）。這是因?yàn)镸n3(PO4)2所具有的層狀的晶體結(jié)構(gòu)能夠提供更多的納米通道并且改善了電解液離子的擴(kuò)散，最終促進(jìn)了電化學(xué)性能

6、的提升。
　　4、采用熱分解法制備不同種類的釩氧化物電極材料，并對(duì)這些材料的形態(tài)學(xué)與電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。純相的V2O3、VO2和V6O13電極材料的形態(tài)演變、介孔變化、由氧空位機(jī)制造成的改善的電子導(dǎo)電性以及電化學(xué)測(cè)試表明，這三種材料都具有較高的比容量（V2O3：230 F g-1，VO2：487 F g-1，V6O13：195 F g-1）和倍率性能（V2O3：76.1%，VO2：60.5%，V6O13：51%），并且在N

7、a2SO4電解液中的電位窗口為-1 V~+1 V。
　　5、基于以上開發(fā)的錳、釩的氧化物，分別構(gòu)筑了贗電容器件。AC//NiMoO4修飾MnO2非對(duì)稱型電化學(xué)電容器的比容量為135 F g-1，電壓范圍為0 V~1.6 V，展現(xiàn)出了較高的能量密度（48 Wh kg-1）與穩(wěn)定的功率特性（6400 W kg-1）；Mn3(PO4)2//Mn3(PO4)2對(duì)稱型電化學(xué)電容器與Mn3(PO4)2//AC非對(duì)稱型電化學(xué)電容器均展現(xiàn)了優(yōu)異的