文档介绍：学校代码 10530 学号 201006031271
分类号 O646 密级
硕士学位论文
金属氧化物/活性炭非对称超级电容器
的制备与电化学研究
学位申请人余菁菁
指导教师李朝晖教授
学院名称化学学院
学科专业物理化学
研究方向电化学
二〇一三年五月二十日
Preparation of Metal Oxide/ Activated Carbon
Asymmetric Supercapacitor and its
Electrochemical Studies
Candidate Jingjing Yu
Supervisor Professor Zhao- hui Li
College College of Chemistry
Program Physical Chemistry
Specialization Electrochemistry
Degree Master of Science
University Xiangtan University
Date May 2013
湘潭大学
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作者签名: 日期: 年月日
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作者签名: 日期: 年月日
导师签名: 日期: 年月日
摘要
在能源领域,电化学电容器作为一种新型的储能系统已经成为国内外的研究
热点之一。金属氧化物的法拉第电容远远大于碳材料的双电层电容。其中,过渡
金属氧化物五氧化二钒(V2O5)和二氧化锰(MnO2)资源丰富、价廉、容易制
备,因此我们选择 V2O5 和 MnO2 作为电极材料对金属氧化物/活性炭(AC)不
对称超级电容器进行研究。
本文采用X-射线多晶粉末衍射(XRD)、热重--差热分析法(TG-DTG)、扫
描电子显微镜(SEM)、红外吸收光谱(FTIR)对制得的金属氧化物样品的物理
化学性能进行了表征,并通过循环伏安分析法(CV)、交流阻抗法(EIS)、恒流
充放电测试(GC)对以所制得的金属氧化物为电极材料装配的电容器的电化学
性能进行了测试。本论文的研究内容分为三个部分。
第一部分:为了增大V2O5材料的离子电导率,我们将V2O5颗粒“纳米化”:
通过溶胶-凝胶(sol–gel)法和模板法相结合,采用相转化的方式,制备了疏松
多孔的V2O5纳米材料。 mol/L LiPF6/(EC + DEC +DMC)和2
mol/L NaCl、KCl、LiCl以及1 mol/L KCl为电解液制备的V2O5/AC电化学电容器
的循环性能和充放电特性。结果表明2 mol/L KCl为电解质时,V2O5电容性能最
佳,在5 mV/s扫速下V2O5/AC电容器的比电容达到184 F/g。而且一定范围内KCl
浓度越大,电容器的比电容越高。
第二部分:为了增大V2O5的电子电导率,我们对V2O5材料进行了掺杂,掺
杂元素为锰。通过实验分别研究了不同掺锰量的V2O5在2 mol/L KCl电解液中的
循环性能和充放电特性。在10 mV/s扫速下,掺杂摩尔量为10%时,比电容达到
233 F/g;掺杂量摩尔为15%时,电容器的比电容反而减小,此时比电容为210 F/g。
第三部分:通过化学沉淀法制备出球形 MnO2,分别研究了它在含单价态阳
离子和多价态阳离子电解液中的电化学性能。测试得出 MnO2/AC 电化学电容器
在不同电解液: mol/L Al(NO3)3、Mg(NO3)2、Ca (NO3)2、Ba(NO3)2 和 mol/L
NaNO3 中比电容分别达到 37、301、290、240、154 F/g。结果证明:与含单价态
阳离子的电解液相比,MnO2 电极在含多价态阳离子的电解液中电化学性能更优
越。
研