【摘 要】
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超级电容器是一种具有快充放电速率、高功率密度和长循环寿命的新型储能装置。研究人员一直将高性能电极材料的合成与优化作为研究重点。碳材料、金属氧化物和导电聚合物是常见的三种超级电容器电极材料。本文以碳材料及金属氧化物为研究对象,并对其组织结构与电化学性能进行探究。主要研究内容如下:以氨基葡萄糖为碳、氮源,在无模板的条件下,采用水热法制备氮掺杂多孔活性炭。经 600-800℃KOH 活化后,形成大比表面
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超级电容器是一种具有快充放电速率、高功率密度和长循环寿命的新型储能装置。研究人员一直将高性能电极材料的合成与优化作为研究重点。碳材料、金属氧化物和导电聚合物是常见的三种超级电容器电极材料。本文以碳材料及金属氧化物为研究对象,并对其组织结构与电化学性能进行探究。主要研究内容如下:以氨基葡萄糖为碳、氮源,在无模板的条件下,采用水热法制备氮掺杂多孔活性炭。经 600-800℃KOH 活化后,形成大比表面积(784-1836 m2 g-1)、大孔容(0.46-1.10 cm3 g-1)的多孔结构。具有相互连接的微孔和介孔结构的氮掺杂(1.71-2.81 at%)多孔活性炭作为超级电容器电极表现出良好的电化学性能,在6 MKOH溶液中,0.5 Ag-1电流密度下,比电容为244-313 F g-1,且5000次循环后的电容保持率为92.7-93.9%。使用氮掺杂多孔碳电极和PVA/KOH凝胶电解质的全固态对称超级电容器在250 W kg-1的功率密度下显示出7.2 Wh kg-1的能量密度,并且在2.0 Ag-1电流密度下经历5000次充放电循环后保持93%的初始比容量,稳定性优异。以高锰酸钾为前驱体,通过水热法在酸性条件下制备出高比表面积分别为224.3,243.0 m2g-1的多孔二氧化锰。在不同的c(H+)条件下,多孔二氧化锰呈现出微球和甘蓝菜状两种形貌。在2 M KOH溶液中,0.5 A g-1电流密度下,二氧化锰微球的比电容为728 F g-1,在2.0 A g-1电流密度下,循环5000次后,微球的初始容量保持率为83.7%以上。在相同测试条件下,甘蓝菜状二氧化锰的比容量为700 Fg-1,初始容量保持率为80.3%。同时,二氧化锰微球的非对称超级电容器在功率密度为350 W kg-1时表现出能量密度为19.6 Wh kg-1,在功率密度为7008 W kg-1时保持能量密度为10.3 Wh kg-1。以石墨烯与二氧化锰材料制得石墨烯/二氧化锰复合材料。在0.5 Ag-1的电流密度下测得的比电容为548 F g-1,当电流密度增大到20倍后,比电容为238 F g-1,倍率保持为43.4%。在电流密度为2.0Ag-1下循环5000次充放电,其比电容保持率为87.3%。石墨烯/二氧化锰复合材料在倍率性和循环稳定性方面,同单一二氧化锰相比有明显提升。石墨烯/二氧化锰复合材料双电极固态电容器表现出了较高的功率密度和能量密度,为351 Wkg-1和19.6 Wh kg-1,并在功率密度为7038.8 W kg-1时保持能量密度为13.1 Wh kg-1。
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