2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、超級(jí)電容器是一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲(chǔ)能器件,具有高功率、高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。本文研究了錳系尖晶石型電極材料(LiMn2O4和λ—MnO2),其具有三維離子通道,鋰離子可以可逆地從尖晶石晶格中脫嵌,具有能量密度高、循環(huán)性能穩(wěn)定、可進(jìn)行大電流放電、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此對(duì)于尖晶石型錳系電極材料的超級(jí)電容性能研究,將使電化學(xué)超級(jí)電容器的發(fā)展前景更加廣闊。 主要采用操作簡(jiǎn)單、易于工業(yè)化生產(chǎn)的高溫固相法制

2、備LiMn2O4電極材料。利用X射線衍射(X—ray Diffraction XRD),掃描電子顯微鏡(Scanningelectron micrograph SEM)以及各種電化學(xué)性能測(cè)試方法研究了合成原料、煅燒溫度、煅燒時(shí)間、反應(yīng)物配比等對(duì)LiMn2O4的結(jié)構(gòu)和電容性能的影響,發(fā)現(xiàn)采用固相合成法制備尖晶石LiMn2O4時(shí),Li2CO3和電解二氧化錳(EMD)是最優(yōu)的鋰源和錳源。在800℃下燒制4h,產(chǎn)物的晶型結(jié)構(gòu)已較完整,進(jìn)一步延長(zhǎng)

3、煅燒時(shí)間對(duì)性能影響不大。Li/Mn摩爾比為1.08/2時(shí)所制材料具有較高放電容量。偏離該數(shù)值后,所制材料放電容量均會(huì)下降。 將LiMn204與稀酸作用得到λ—MnO2,其仍然保持了尖晶石的面心立方點(diǎn)陣,研究了LiMn2O4和λ—MnO2在不同電解液中的電化學(xué)性能。在(NH4)2SO4溶液中,LiMn2O4和λ—MnO2電極在電位窗口0~1.0V(vs SCE)范圍內(nèi)時(shí)具有較好的電容行為。電解液的濃度對(duì)電容性能也有影響,濃度越高,

4、比容量也越高,并對(duì)LiMn2O4在中性電解液中產(chǎn)生電容的機(jī)理進(jìn)行了初步探討。 制備了不同LiMn2O4含量的LiMn2O4/C和LiMn2O4/MnO2復(fù)合材料,研究了其在Li2SO4溶液中的電化學(xué)性能,復(fù)合活性碳后的電極材料的伏安行為既體現(xiàn)有雙電層的電容行為,又有法拉第電容行為,含80%活性炭的LiMn2O4/C復(fù)合電極容量達(dá)到最大,復(fù)合了20%LiMn2O4的LiMn2O4/MnO2電極材料的比容量為151F·g-1,比Mn

5、02電極增加了22%,更適合用作超級(jí)電容器電極材料。這些特性表明復(fù)合電極材料是比較理想的超級(jí)電容器材料。 分析了尖晶石型化合物L(fēng)iMn2O4的晶格結(jié)構(gòu),比較了八面體場(chǎng)中可供摻雜的金屬離子價(jià)電子組態(tài)的穩(wěn)定性及摻雜金屬離子對(duì)LiMn2O4晶體場(chǎng)穩(wěn)定化能的影響,為摻雜金屬離子的選擇提供了理論指導(dǎo)。XRD和SEM研究結(jié)果表明,在研究范圍內(nèi)摻入Al,Co,Ni,Zn和Ti后,LiM0.1Mn1.9O4仍為單一的正尖晶石相結(jié)構(gòu)。電化學(xué)性能研

6、究發(fā)現(xiàn):摻雜適量的Al,Co,Ni,Zn,Ti后,能提高LiMn2O4電極的放電比容量,改善電極材料的循環(huán)性能,使其真正具有實(shí)用價(jià)值。 制備了不同電極材料的混合超級(jí)電容器。采用LiMn2O4和AC組成混合超級(jí)電容器時(shí),在Li2SO4水溶液中比在(NH4)2SO4水溶液具有更好的電容性能,其工作電壓可達(dá)1.8V。當(dāng)電流密度為2mA·cm-2時(shí),其比容量、能量密度分別為62.3F·g-1和28.0Wh·kg-1。采用LiAl0.1

7、Mn1.9O4代替LiMn2O4與AC組成混合超級(jí)電容器時(shí),當(dāng)電流密度大于10mA·cm-2時(shí),具有較LiMn2O4高的比容量和能量密度。所以Al摻雜后的電極材料更適合大電流充放電,更具有實(shí)用性。首次將λ—MnO2用作混合超級(jí)電容器電極材料,λ—MnO2/Li2SO4/AC混合超級(jí)電容器的工作電位可高達(dá)2.2V,其具有較大的功率密度和能量密度,具有較好的電容性能。λ—MnO2用作混合超級(jí)電容器電極材料的研究,為拓展λ—MnO2的用途提供

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