【摘 要】
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超级电容器因功率密度高、循环稳定性好、使用寿命长以及绿色环保等特点成为新能源存储领域的研究热点,而电极材料是影响超级电容器性能的关键因素。钙钛矿型金属氧化物表现出赝电容特性,具有比电容大、循环稳定性好的优点,常被用做超级电容器电极材料。但钙钛矿型金属氧化物导电性差、电压窗口小的缺点也限制了其在电极材料方面的实际应用。因此,设计出良好导电性的钙钛矿型金属氧化物超级电容器成为该方面研究的侧重点。La
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超级电容器因功率密度高、循环稳定性好、使用寿命长以及绿色环保等特点成为新能源存储领域的研究热点,而电极材料是影响超级电容器性能的关键因素。钙钛矿型金属氧化物表现出赝电容特性,具有比电容大、循环稳定性好的优点,常被用做超级电容器电极材料。但钙钛矿型金属氧化物导电性差、电压窗口小的缺点也限制了其在电极材料方面的实际应用。因此,设计出良好导电性的钙钛矿型金属氧化物超级电容器成为该方面研究的侧重点。La Co O3具有稳定的ABO3钙钛矿结构,可以通过Sr掺杂和复合碳量子点（Carbon Quantum Dots,CQDs）来提高La Co O3导电性。本文以钙钛矿型金属氧化物La1-xSrxCo O3（LSC）为基底材料,使用静电吸附法和溶胶凝胶法将其与CQDs复合,得到La1-xSrxCo O3/y CQDs复合电极材料。对复合电极材料的化学组成、形貌结构以及电化学性能进行表征,研究制备方法、CQDs含量和Sr掺量对La1-xSrxCo O3/y CQDs复合电极材料电化学性能的影响,并以制备的复合电极材料为正极,AC电极为负极,组装非对称超级电容器,对其电化学性能进行研究。主要研究成果如下:（1）采用静电吸附法和溶胶凝胶法制备了La0.7Sr0.3Co O3/y CQDs复合电极材料。XRD分析表明,两种方法制备的复合电极材料均保持良好的菱形钙钛矿结构;XPS结果显示,CQDs对复合电极材料中La、Sr、Co和O元素结合能几乎不产生影响,说明复合CQDs不会破坏La0.7Sr0.3Co O3（LSC30）钙钛矿结构。两种方法制备的La0.7Sr0.3Co O3/1CQDs（LSC30/1C）复合电极材料均具有丰富的孔结构,其中,溶胶凝胶法制备的LSC30/1C有更大的比表面积,表现为39.0 m~2 g-1。（2）CQDs可以在La0.7Sr0.3Co O3/y CQDs复合电极材料充放电过程中提供更多的电荷转移空间和路径,可以对LSC内部的O2-转移和B位金属阳离子发生氧化还原反应进行有效的电荷传导,使电极材料更充分也更容易提供较大比电容。溶胶凝胶法制备的LSC30/1C电极表现较好的电化学性能,在0.5 A g-1的电流密度时比电容为896.4 F g-1;LSC30/1C在电流密度为1 A g-1下循环5000次,表现出90.2%的电容保持率。这些优异的电化学性能得益于CQDs对电极材料电化学性能的增强。（3）通过改变Sr掺量可以对LSC结构中氧空位含量进行调节,从而改善电极材料导电性。结果表明La1-xSrxCo O3/CQDs复合电极材料的离子扩散电阻随氧空位含量增加而减小;电荷转移电阻随氧空位增加呈现出先减小后增大的趋势。相对其它Sr掺量LSC,LSC30表现出更大比电容,在电流密度为0.5 A g-1时,LSC30的比电容为150.7 F g-1。LSC30在电流密度1 A g-1下循环5000次,表现出80.3%的电容保持率。（4）为研究溶胶凝胶法制备的LSC30和LSC30/1C实用价值,本论文以LSC30和LSC30/1C为正极,以商业AC为负极,组装非对称超级电容器La0.7Sr0.3Co O3//AC（LSC30//AC）和La0.7Sr0.3Co O3/1CQDs//AC（LSC30/1C//AC）,并对它们的电化学性能进行研究。LSC30//AC和LSC30/1C//AC器件的电压窗口均为1.5 V。LSC30//AC在电流密度为0.5 A g-1时,表现出18.1 F g-1的比电容;将其在1 A g-1下循环5000圈后,仍有62.2%的电容保持率。LSC30/1C//AC在电流密度为0.5 A g-1时,表现出45.2 F g-1的比电容;将其在1 A g-1下循环5000圈后,仍有70.9%的电容保持率。这表明LSC30/1C是一种出色的赝电容电极材料,在超级电容器中具有巨大的应用潜力。
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