鎳錳氧化物基納米陣列的制備及電化學(xué)超電容性能研究.pdf

1、在未來的生活中，電化學(xué)超級電容器將與電池一樣發(fā)揮著不可或缺的作用。超級電容器具有環(huán)境友好、功率密度高、循環(huán)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此受到科學(xué)界廣泛的關(guān)注與研究。根據(jù)電荷存儲機(jī)理的不同，超級電容器可分為法拉第贗電容超級電容器和雙電層超級電容器。過渡金屬氧化物理論上具有較高的法拉第電容，因此經(jīng)常被用做法拉第贗電容超級電容器的電極材料。而具有較大比表面積的碳材料則是典型的雙電層電容器電極材料。本論文將設(shè)計(jì)具有納米陣列形貌的超級電容器正極，并制備與之搭配

2、的負(fù)極，然后組裝成水系非對稱超級電容器和全固態(tài)非對稱超級電容器并研究其電化學(xué)性能，以期為提高超級電容器性能提供科學(xué)的參考。具體研究內(nèi)容包括:
　　(1)利用水熱合成方法在薄鈦片基底上生長出Ni0.25Mn0.75O@C納米陣列。首先在制備過程中，通過控制變量法來獲得電極活性材料理想的實(shí)驗(yàn)制備和測試條件:鹽酸處理過的鈦片基底、Ni和Mn摩爾比為1∶3的前驅(qū)液、125℃的水熱溫度、Ar氣氛450℃的退火環(huán)境、0-1.4V電壓窗口、1

3、mol/L的LiCl電解質(zhì)、0.25g/50mL水熱原位碳修飾。結(jié)果表明，純MnO在中性的水相LiCl溶液中具有0-1.4V的超高工作電壓窗口。將鎳元素引入到純氧化錳中可以降低電極的電阻，提高離子擴(kuò)散速率和克服結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。而原位碳化修飾對Ni-Mn-O固溶體產(chǎn)生三個(gè)重要的影響:改善電極/電解質(zhì)界面，減小納米陣列的尺度，并使Ni0.25Mn0.75O@C具有多孔微結(jié)構(gòu)。鎳元素的引入和原位碳修飾極大改善了錳基氧化物的電化學(xué)性能，面積比電容

4、從39.43mF cm-2(MnO)改善到242.86 mF cm-2(Ni0.25Mn0.75O@C)，提高了6倍。在循環(huán)穩(wěn)定性方面，Ni0.25Mn0.75O@C不僅初始電容遠(yuǎn)高于MnO和Ni0.25Mn0.75O，而且經(jīng)過500個(gè)循環(huán)后還保持89％的電容，5000次循環(huán)后仍有73％的保持率。
　　(2)在潔凈的泡沫鎳集流體上制備比容量可調(diào)控的活性炭負(fù)極并用來組裝完整的超級電容器。經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)測試和分析最終選擇含1.46g

5、/20mL活性炭的溶液制作負(fù)極。以Ni0.25Mn0.75O@C為正極、活性炭為負(fù)極，組裝出高電壓水系非對稱超級電容器以及全固態(tài)非對稱超級電容器器件。研究表明，兩類器件均具有高工作電壓窗口(0-2.4V)，優(yōu)異的倍率性能，高循環(huán)穩(wěn)定性和理想的電容行為。特別地，得益于0-2.4V的寬電壓窗口和超薄特性（170.75微米），制各的全固態(tài)器件展現(xiàn)出優(yōu)異的體積比電容(6.88 F cm-3)，高體積能量密度(4.72 mWhcm-3)和功率密度