納米Mn、Fe、Co氧化物的制備及其電化學電容性能的研究.pdf

1、超級電容器具有功率密度高、循環(huán)壽命長、充放電速率快、使用溫度范圍寬以及對環(huán)境危害小等特點，被廣泛應用在電動汽車、電子通訊設備和不間斷電源等領域。電極材料是影響超級電容器性能的最主要因素之一，為了滿足當今社會對超級電容器高能量密度、高效率和低成本的需求，大量的研究集中在構造具有特殊納米結構的電極材料。納米結構材料因其獨特的物理化學特性，可以有效的提高超級電容器的電化學性能。本論文中采用簡單的方法制備了納米結構MnO2/C/TiO2、PPy

2、/MnO2/C/TiO2、RGO/MnO2/C/TiO2、FeOOH/Ag/ZnO和Co(OH)2電極材料，通過、XRD、XPS、FT-IR、Raman、SEM和TEM等表征確定了物質(zhì)形貌和結構，并結合循環(huán)伏安、恒流充放電和交流阻抗等測試研究了材料的電化學電容性能。
　　首先，通過丙酮高溫熱分解在Ti板上直接生長了C/TiO2納米線陣列，并以C/TiO2為基體通過恒電流沉積MnO2制備了MnO2/C/TiO2?；頜nO2均勻的覆

3、蓋在C/TiO2基體上并保持著C/TiO2基體的納米線陣列結構，MnO2/C/TiO2具有獨特的殼核結構。在0.5 mol L-1 Na2SO4溶液中，當電流密度為1 A g-1時MnO2/C/TiO2電極的質(zhì)量比容量可達639 F g-1。當電流密度增大到40 A g-1后，MnO2/C/TiO2電極的質(zhì)量比容量仍有93 F g-1。當功率密度為500 W kg-1時，能量密度可達88.8 W h kg-1。當功率密度增大到19800

4、 W kg-1時，能量密度仍有12.9 W h kg-1。以2 A g-1的電流密度恒電流充放電測試1000圈以后， MnO2/C/TiO2電極的質(zhì)量比容量為320 F g-1，質(zhì)量比容量的保持率為78.7％。
　　為了提高MnO2/C/TiO2電極的電化學電容性能，用PPy和RGO包覆MnO2/C/TiO2制備了PPy/MnO2/C/TiO2和RGO/MnO2/C/TiO2電極。電化學測試結果表明，PPy和RGO包覆明顯的提高了

5、MnO2/C/TiO2電極的比容量、功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性等。在0.5 mol L-1 Na2SO4溶液中，當電流密度為1 A g-1時PPy/MnO2/C/TiO2電極的質(zhì)量比容量可達715 F g-1，比MnO2/C/TiO2電極高76 F g-1。當功率密度為500 W kg-1時，PPy/MnO2/C/TiO2電極的能量密度為99.3 W h kg-1，比MnO2/C/TiO2電極高10.5 W h kg-1。以10 A g-1的

6、電流密度恒電流充放電測試1000圈以后，PPy/MnO2/C/TiO2和MnO2/C/TiO2電極的質(zhì)量比容量分別為210 F g-1和152 F g-1，質(zhì)量比容量的保持率分別為84.0%和80.9%。在0.5 mol L-1 Na2SO4溶液中，當電流密度為1 A g-1時RGO/MnO2/C/TiO2電極的質(zhì)量比容量可達822 F g-1，比 MnO2/C/TiO2電極高183 F g-1。當功率密度為500 W kg-1時， R

7、GO/MnO2/C/TiO2電極的能量密度為114.2 W h kg-1，比MnO2/C/TiO2電極高25.4 W h kg-1。以10 A g-1的電流密度恒電流充放電測試5000圈以后，RGO/MnO2/C/TiO2和MnO2/C/TiO2電極的質(zhì)量比容量分別為246 F g-1和150 F g-1，質(zhì)量比容量的保持率分別為87.4%和79.8%。
　　然后，通過水熱反應在泡沫鎳基體上生長了ZnO納米棒，并用Ag顆粒對ZnO

8、納米棒進行了修飾，在Ag/ZnO納米棒上電沉積FeOOH得到了FeOOH/Ag/ZnO。Ag顆粒均勻的修飾在 ZnO納米棒上可以有效的改善 FeOOH/ZnO的導電性，從而提高FeOOH/Ag/ZnO電極的電化學電容性能。在0.5 mol L-1 Li2SO4溶液中，當電流密度為1 A g-1時FeOOH/Ag/ZnO電極的質(zhì)量比容量可達376.6 F g-1。當電流密度增大到10 A g-1后， FeOOH/Ag/ZnO電極的質(zhì)量比容

9、量仍有126.1 F g-1。當功率密度為400 W kg-1時，能量密度為33.5 W h kg-1，當功率密度增大到4000 W kg-1時，能量密度為11.2 W h kg-1。以6 A g-1的電流密度恒電流充放電測試1000圈以后，F(xiàn)eOOH/Ag/ZnO電極的質(zhì)量比容量保持在127 F g-1左右，質(zhì)量比容量的保持率為70.3%。
　　最后，通過水熱法在泡沫鎳基體上直接生長了花苞狀Co(OH)2(Co(OH)2/Ni

10、foam)，這些花苞狀Co(OH)2都是由許多納米棒組成，而納米棒又是由許多小薄片構成。BET測試表明，Co(OH)2的比表面積可達88.9 m2g-1，孔徑分布主要集中在1~5 nm。在6 mol L-1 KOH溶液中，當電流密度為3 mA cm-2(1 A g-1)時Co(OH)2/Ni foam電極的質(zhì)量比容量可達2041 F g-1，面積比容量可達6.12 F cm-2。當電流密度增大到60 mA cm-2(20 A g-1)時

11、， Co(OH)2/Ni foam電極的質(zhì)量比容量仍有811 F g-1，面積比容量可達2.43 F cm-2。以18 mA cm-2(6 A g-1)的電流密度恒電流充放電測試1000圈以后，Co(OH)2/Ni foam電極的質(zhì)量比容量為1080 F g-1，質(zhì)量比容量的保持率為72.4%。另外，以Co(OH)2/Ni foam和AC電極組裝的Co(OH)2//AC不對稱電容器，在電流密度為3 mA cm-2時，質(zhì)量比容量可達59.

12、2 F g-1，面積比容量可達1.51 F cm-2。當電流密度增大到60 mA cm-2時，Co(OH)2//AC不對稱電容器的質(zhì)量比容量可達20.8 F g-1，面積比容量可達0.53 F cm-2。當功率密度為90.6 W kg-1能量密度可達20.3 W h kg-1，當功率密度增大到719.5 W kg-1后，能量密度為2.8 W h kg-1。以18 mA cm-2的電流密度恒電流充放電測試1000圈以后，Co(OH)2//