超級(jí)電容器用釩氧化物基電極材料研究.pdf

1、超級(jí)電容器是二十世紀(jì)八十年代發(fā)展起來(lái)的介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種新型儲(chǔ)能元件。隨著電子器件和電動(dòng)汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，作為記憶候補(bǔ)裝置和后備電源的超級(jí)電容器被稱為一種新型的綠色能源，許多國(guó)內(nèi)外研究者都致力于對(duì)其進(jìn)行研究。本文將電化學(xué)研究手段和材料表征方法結(jié)合起來(lái)，對(duì)釩氧化物基超級(jí)電容器用電化學(xué)性能進(jìn)行了較詳細(xì)的研究。全文共分五章： 第一章對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行了概述，介紹了超級(jí)電容器的工作原理、分類、電極材料及電解液的研究狀況、電化

2、學(xué)測(cè)試原理等，同時(shí)提出了本論文選題意義及本論文工作研究?jī)?nèi)容。 第二章采用淬冷法制備了V<,2>O<,5>樣品。采用FTIR、XRD和SEM對(duì)其進(jìn)行了表征。結(jié)果表明所制樣品為無(wú)定形層狀V<,2>O<,5>。通過(guò)循環(huán)伏安法和恒電流充放電測(cè)試研究其電容特性，并探討了電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，水基電解液種類及濃度、電壓范圍、掃描速度、電流密度均對(duì)無(wú)定形V<,2>O<,5>電容性能產(chǎn)生影響。在1 mol·L<'-1> NaN

3、O<,3>溶液中，在電位窗口為-0.2-0.8V(vs.SCE)范圍內(nèi)，在5mV·s<'-1>掃描速度下，無(wú)定形V205具有良好的電容性能；在250 mA·g<'-1>的電流密度下，比電容為185.1 F·g<'-1>，循環(huán)性能良好。 第三章通過(guò)向用丙酮和水稀釋熔融淬冷制得的V<,2>O<,5>溶膠中加入適量對(duì)甲苯磺酸摻雜的聚苯胺的方法制得了V<,2>O<,5>和聚苯胺復(fù)合材料，記作V<,2>O<,5>/PANI。通過(guò)XRD，F(xiàn)

4、TIR，SEM分析了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和形貌，結(jié)果表明PANI與V<,2>O<,5>形成了分散均勻的無(wú)定型的復(fù)合材料。應(yīng)用循環(huán)伏安法和恒流充放電測(cè)試研究了復(fù)合電極的電容特性。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，V<,2>O<,5>/PANI復(fù)合材料在1mol·L<'-1> NaNO<,3>溶液中，電位窗口對(duì)應(yīng)于飽和甘汞電極電壓為一0.2～+0.8V范圍內(nèi)，具有良好的電容特性，循環(huán)性能優(yōu)越。在250 mA·g<'-1>的電流密度下，復(fù)合材料比容量可達(dá)到2

5、46.9 F·g<'-1>，比單獨(dú)的V205的比容量(185.1 F.g<'-1>)提高了33.4％。 第四章采用NH<,4>VO<,3>熱分解淬冷法制備了樣品。采用TGA-DSC，XRD,XPS及SEM對(duì)樣品進(jìn)行表征.結(jié)果表明所制樣品為V<,2>O<,5>/PANI，即為含V(V)和V(Ⅳ)共存于一體的混合價(jià)態(tài)釩氧化物。樣品呈片狀，片平面平均尺寸為2μm，片厚度約為200nm。以其作為電化學(xué)活性物質(zhì)，通過(guò)循環(huán)伏安法和恒電流充放

6、電測(cè)試研究其贗電容性能，并探討了電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，電壓范圍、掃描速度、電流密度均對(duì)片狀V<,6>O<,13>電容性能產(chǎn)生影響。在1mol·L<'-1> NaNO<,3>溶液中，-0.2～0.8 V(vs.SCE)電位窗口內(nèi)，5 mV·s<'-1>掃描速度下，片狀V6013展示了明顯的贗電容性能；50 mA·g<'-1>的恒電流充放電電流密度下，其比電容為282F·g<'-1>，200 mA·g<'-1>的恒電流充放