用于非對稱超級電容器正極的錫摻雜二氧化錳的研究.pdf

1、超級電容器（又名電化學(xué)電容器），介于傳統(tǒng)電容器與充電電池兩者之間，是種新型的能量儲存裝置。近些年來，MnO2作為電極材料倍受人們的關(guān)注，這不僅是因為其優(yōu)良性能，而且是因為其資源豐富、價格低廉、環(huán)境的相容性好。在環(huán)境和資源問題日益突顯的今天，對于MnO2進行開發(fā)研究是一種必然趨勢。
　　本文采用常壓回流液相共沉淀法制備了Sn改性MnO2超級電容器正極材料。利用XRD、SEM和電化學(xué)方法對其進行物理表征和電化學(xué)性能研究。結(jié)果表明反應(yīng)溶

2、液pH值對MnO2的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能影響很大。反應(yīng)溶液為酸性和堿性時分別得到γ-MnO2和δ-MnO2。δ-MnO2的層狀結(jié)構(gòu)更有利于離子傳遞以及離子擴散，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的活性表面積更大，更有利于產(chǎn)生高比電容。通過電化學(xué)測試，得出在Sn摻雜比例(Sn∶Mn)為1∶50、反應(yīng)溶液的pH為9、回流時間為2h下制備的Sn改性MnO2具有最佳的電容性能:在0.3A/g電流密度下比容量達到178F/g，比未改性MnO2提高了68％，電流密

3、度增大到2.0A/g時，容量依然保持在166F/g。在1.0A/g電流密度下進行連續(xù)充放電測試，1000次充放電循環(huán)后，比容量仍保持在165F/g，容量衰減小于6％，表現(xiàn)出良好的高倍率充放電性能和長期循環(huán)穩(wěn)定性。Sn顯著地提高了MnO2的電化學(xué)性能，其原因可以歸結(jié)于Sn進入了MnO2的晶體結(jié)構(gòu)，同時參與了氧化還原反應(yīng)。Sn改性MnO2是一種理想的高倍率長壽命的超級電容器電極材料。
　　非對稱型超級電容器，即為混合型超級電容器，它的

4、一極是雙電層電極，另一極為法拉第準(zhǔn)電容電極。因為其充分利用了兩種儲存電容的機理，所以具有比較高的能量密度和功率密度，具有實際應(yīng)用價值。本文使用Sn摻雜比例(Sn∶Mn)為1∶50、反應(yīng)溶液的pH為9、回流時間為2h制備的Sn改性MnO2為非對稱電化學(xué)超級電容器正極材料，以商品化活性炭(AC)為負極材料組裝非對稱超級電容器。循環(huán)伏安測試表明以0-1.8V作為非對稱超級電容器的電壓區(qū)間非常合適。恒電流充放電、交流阻抗測試以及壽命性能測試顯示

5、當(dāng)m(Sn-MnO2)∶m(AC)=1.5∶1時，非對稱電容器具有最佳電化學(xué)性能:在1.0A/g的電流密度下比容量達52.1F/g，當(dāng)電流密度增大到5.0A/g時，容量保持率在85％以上，在經(jīng)歷1000次循環(huán)后，容量保持率為93％，其比電容僅衰減7％;在功率密度為1800W/kg時，其能量密度為23.4Wh/kg，增大功率密度到9000W/kg時，其能量密度仍在20.0Wh/kg以上，其能量密度保持率為86％。該非對稱超級電容器實現(xiàn)了在