【摘 要】
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超级电容器（SCs）具有充放电速度快、功率密度高、应用温度范围广和循环寿命长等优点,已广泛应用于便携式电子设备、交通运输行业以及电力系统等。但是,其能量密度较差严重影响了其在储能方面的广泛应用。提高SCs能量密度的最有效途径是制造具有高比容量的电极材料。文章主要探讨了多孔碳和钒基复合材料用作SCs电极材料的设计技术、形貌控制和电化学性能。具体分述如下:1、以廉价的向日葵壳为生物质原料,KOH为活化
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超级电容器（SCs）具有充放电速度快、功率密度高、应用温度范围广和循环寿命长等优点,已广泛应用于便携式电子设备、交通运输行业以及电力系统等。但是,其能量密度较差严重影响了其在储能方面的广泛应用。提高SCs能量密度的最有效途径是制造具有高比容量的电极材料。文章主要探讨了多孔碳和钒基复合材料用作SCs电极材料的设计技术、形貌控制和电化学性能。具体分述如下:1、以廉价的向日葵壳为生物质原料,KOH为活化剂,通过调节原料与KOH质量比以及改变活化温度,制备了高石墨化蜂窝状多孔碳（HPCS）。HPCS-800-2的拉曼光谱显示出较低的ID/IG值（0.797）,低于CS（0.917）,并且场发射透射电子显微镜图谱显示出明显的石墨条纹,晶面间距为0.343 nm,提高了材料的导电性。N2吸附/脱附曲线结果表明:HPCS-800-2的孔体积和比表面积分别为0.68 cm~3 g-1和1098.07 m2 g-1,且微孔面积为988.35 m2 g-1,丰富的微孔结构可提高比容量。X射线光电子能谱展现出HPCS-800-2电极表面存在大量官能团,可提高材料润湿性。在碱性溶液中,三电极测试结果表明:HPCS-800-2在0.5 Ag-1时比电容为403 F g-1。此外,HPCS-800-2基装置的能量密度为20.84 Whkg-1,在3 A g-1电流密度下,进行5000次循环后电容保持率为73%。2、以V2O5、MnSO4·H2O和C6H12O6分别为V源、Mn源和C源,选取一步水热法制备得到片状结构的MnVO/C复合材料。探究了水热温度、C6H12O6浓度、Mn2+浓度和不同C源对MnVO/C材料微观形貌、价态和电容性能的影响。X射线衍射分析结果证明了引入Mn2+、C能增大（001）晶面的晶面间距,由11.9 ?增大到13.7 ?。扫描电子显微镜图谱表明:温度越高,纳米片越薄,这将提供更大比表面积。随后,在200℃下制备了一系列MnVO/C-X（X=0.25,0.50,0.75,1.0）,X射线光电子能谱显示出MnVO/C-0.75材料中V5+和V4+共存,可为化学反应提供更多活性位点。此外,引入高浓度Mn2+,所有材料结晶度发生变化。三电极测试结果显示:在充/放电过程中随Li+进入发生氧化还原反应,MnVO/C-0.75在0.5 Ag-1时比容量为232.5 F g-1。MnVO/C-0.75基器件具有最佳的能量密度和功率密度,MnVO/C基对称超级电容器的能量密度可达到22.47 Wh kg-1,与之对应的功率密度为202.23 W 1kg-1,优于MnVO/C//YP50(8.99 Wh kg-1)和 MnVO/C//HPCS(18.24 Whkg-1)器件。最后,向 MnVO/C-0.75 引入 CH4N2O 并在 700℃进行退火处理,X射线衍射分析表明MnVO/C+CH4N2O主要为V2O3/VN复合物,并且在碱性体系中具有1.0 V的宽电位窗口,充/放电过程中表现出两对明显的氧化还原峰,在0.5Ag-1时比电容可达到 245 F g-1。
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