过渡金属氧化物超级电容器

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超级电容器作为一种新型储能装置,与蓄电池相比具有较高的比功率,与传统的电容器相比具有较高的比能量,且容量大、运行温度范围宽、循环寿命长,引起了人们的广泛关注。它将在计算机电池、消费电子、电动汽车、航空航天等方面发挥重要作用。 在几种超级电容器电极材料(各种形态的碳材料、导电聚合物和过渡金属氧化物)中,过渡金属氧化物材料已经吸引了人们的兴趣。RuO<,2>.xH<,2>O<,2>有高达740F/g的比容量,但由于氧化钌价格昂贵,不宜实现商品化,这使人们致力于寻找一些成本低廉、对环境友好的过渡金属氧化物电极材料来代替氧化钌。NiO、MnO<,2>被认为是合适的材料,有着与RuO<,2>xH<,2>O<,2>相似的功能,而且相对安全、价格便宜、资源丰富。另外,探讨了TiO<,2>的电化学性能。 本论文首先介绍了超级电容器的储能机理、特点、应用范围等,然后说明了NiO、MnO<,2>和TiO<,2>的制备,并对其超级电容器性能分别进行了系统的研究,得出如下结论: 1.通过固相反应制得的超级电容器材料NiO,有典型的电化学电容行为,单电极电位窗口最大为0.5~0.45V,;当电位窗口为-0.3~0.45V时,初始比容量达到120F/g,平均比容量109F/g,充放循环200次后比容量仍保持82%。 2.对掺Cu的NiO的电容性能进行了研究,当Ni与Cu的物质的量比为100:1时,NiO有较好的放电性能,初始比容量达到139F/g,平均比容量116Fig。 3.对掺Bi的NiO的电容性能进行了研究,当Ni与Bi的物质的量比为100:10时,比容量范围在157~136 F/g,平均比容量为143 F/g,比不掺的提高了31.2%。 4.通过低温固相反应,分别用NaOH和Mn(Ac)<,2>·4H<,2>O<,2>,KMnO<,4>和Mn(Ac)<,2>·4H<,2>O<,2>反应合成了锰的氧化物MnO<,x>。XRD测试表明反应得到的为两种不同的锰的氧化物,NaOH和Mn(Ac)<,2>·4H<,2>O<,2>反应所得产物的电化学性能明显优于KMnO<,4>和Mn(Ac)<,2>·4H<,2>O<,2>反应产物。 5.采用低热固相法合成前驱体,并分别在500℃和900℃灼烧制得锐钛矿型和金红石型TiO<,2>,放电比容量都很小,但是在充放电过程中的稳定性却很好。
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