有机电解液体系中MnO电化学电容器的研究

摘要

MnO2由于储量丰富、环境友善、制备容易，被认为是具有较大实用价值的电化学电容器活性材料。本文以二氧化锰电化学电容器为研究对象，重点研究了其在有机电解液中的电化学性能。采用循环伏安，交流阻抗及恒流充放电实验，揭示了电极反应的特点，并且测得组装的二氧化锰电容器具有较好的电化学性能。 ⑴采用低温固相法，液相沉淀法，溶胶凝胶法分别合成α-MnO2粉末颗粒，颗粒大小为r固＞r液＞rsol-gel，在1mol/LLiPF6的EC+DEC+DMC(1:1:1Vol)电解液中，电流密度为500mA/g时，模拟电容器的比能量分别为2.7Wh/kg，4.7Wh/kg，7.0Wh/kg，200次充放电循环后，容量保持分别为1.69Wh/kg，2.16Wh/kg，5.84Wh/kg。 ⑵液相沉淀法制备的MnO2电极在1mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC)电解液中具有较大比能量和循环性能。在1mol/LLiClO4/(DMC+EC)电解液中电极循环性能较好，但比容量相对较低。而常被用作双电层电容器的1mol/LEt4NBF4/PC电解液，用于MnO2电化学电容器时，并没有很好的电容性能。 ⑶石墨和Ni适量的掺杂有利于提高电极的电化学性能。当电流密度为500mA/g时，掺C量为m(C)：[m(MnO2)+m(C)]=20％以及掺Ni量为n(Ni)：n(Mn)=1:20的复合电极组成的模拟电容器的比能量都好于空白的MnO2模拟电容器，分别可达到10.7Wh/kg和10.4Wh/kg。另外掺杂的材料组成的电容器循环性能也有很大的提高，1000次循环后，容量的保持率分别可达41％和56％。 ⑷混合型电容器放电时的电极极化小于对称型，表明其整体装置的内阻要小于对称型。大电流充放电下，混合型电容器有更多的活性物质参与氧化还原反应，可获得更高的容量拥有更大的比能量。不论是纯MnO2混合电容器，还是掺杂的MnO2混合电容器，比能量都有很大的提高。当电流密度为500mA/g时，掺C的MnO2混合电容器比能量可达31.3Wh/kg。并且经1000次循环后，掺C量为m(C)：[m(MnO2)+m(C)]=20％以及掺Ni量为n(Ni)：n(Mn)=1:20的复合电极与石墨组成的电容器，容量衰减分别只有23％和24％。充分体现了混合电容器的优越性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1简介

1.1.1电化学电容器的发展简介

1.1.2电化学电容器的组成

1.2电化学电容器的工作原理

1.2.1双电层电容

1.2.2法拉第准电容

1.3电化学电容器的分类

1.4电化学电容器电解液和隔膜

1.4.1电化学电容器电解液

1.4.2电化学电容器隔膜

1.5电化学电容器的特点及应用

1.5.1电化学电容器的特点

1.5.2电化学电容器的应用

1.6电化学电容器电极材料及其研究进展

1.6.1双电层电容器电极材料

1.6.2金属氧化物

1.6.3导电聚合物

1.7二氧化锰作为电极材料的研究

1.7.1二氧化锰物理性质

1.7.2二氧化锰在水性电解液中的还原过程

1.7.3 MnO2电极材料的制备及进展

1.7.4纳米二氧化锰电极材料的制备

1.7.5 MnO2电极材料的改性

1.8本课题研究内容

第二章实验方法和原理

2.1材料结构形貌表征

2.2模拟电容器的组装

2.2.1极片的制备

2.2.2模拟电容器的装配

2.3充放电测试

2.4电化学测试

2.4.1循环伏安测试

2.4.2交流阻抗测试

2.5其他实验仪器

第三章纯二氧化锰的制备及其在有机电解液中的电化学性能研究

3.1不同实验方法制备的二氧化锰性能的比较

3.1.1引言

3.1.2实验部分

3.1.3实验结果与讨论

3.2电解液对二氧化锰性能的影响

3.2.1引言

3.2.2实验部分

3.2.3实验结果与讨论

3.3石墨性能的研究

3.3.1实验部分

3.3.2实验结果与讨论

3.4本章小结

第四章化学掺杂二氧化锰在有机电解液中的电化学性能研究

4.1引言

4.2石墨掺杂二氧化锰在有机电解液中的电化学性能的研究

4.2.1引言

4.2.2实验部分

4.2.3实验结果与讨论

4.3 Ni掺杂二氧化锰在有机电解液中的电化学性能的研究

4.3.1引言

4.3.2实验部分

4.3.3实验结果与讨论

4.4本章小结

第五章C/MnO2模拟混合电容器的组装及其电化学性能的研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1混合电容器的组装

5.2.2电化学性能测试

5.3实验结果与讨论

5.3.1溶胶-凝胶法制备的纯MnO2对称电容器和C/MnO2混合电容器的比较

5.3.2液相沉淀法制备的纯MnO2对称电容器和C/MnO2混合电容器的比较

5.3.3低温固相法制备的纯MnO2对称电容器和C/MnO2混合电容器的比较

5.3.4石墨掺杂MnO2对称电容器和混合电容器的比较

5.3.5 Ni掺杂MnO2对称电容器和混合电容器的比较

5.4本章小结

第六章本文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢