钙掺杂对镧锰氧化物超级电容器性能的影响

来源 :长春大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:yaoyao1021
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在众多的能源存储系统中,超级电容器由于具有充放电速度快、功率密度高、循环稳定性好等特点而受到人们的广泛关注。作为影响超级电容器电化学性能关键因素之一的电极材料,则成为人们的研究热点。电极材料主要分为三类:碳材料、过渡族金属氧化物和导电聚合物。与碳材料相比,过渡族金属氧化物具有更高的能量密度,与导电聚合物相比,过渡族金属氧化物具有更好的电化学稳定性。在众多的过渡金属氧化物材料中,钙钛矿电极材料由于具有高的比电容和电位窗口而成为超级电容器的理想电极材料。本文中,我们通过溶胶-凝胶法制备了钙掺杂的钙钛矿结构锰酸镧(La1-xCax MnO3,LCM)超级电容器电极材料。通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),比表面积测量仪(BET)和CHI660E电化学工作站对电极材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征,研究了Ca2+离子的掺杂对锰酸镧钙钛矿电化学性质的影响。在我们制备的样品中,x=0.50的样品即LCM050具有最低内阻(2.13?·cm2)和最大比表面积(23m2·g-1),在1 M KOH电解液中,电流密度为1A·g-1时,比电容达到170 F·g-1。但所有钙掺杂样品的循环稳定性都非常差。为了阐明这一实验现象,我们对LCM的电荷储存机理和碱溶液里充放电过程中组分元素的浸出进行了研究。我们发现,低价元素钙的掺杂促进了氧阴离子的插入与吸附,使其电化学电荷存储能力增强。LCM材料的有效电荷存储源于低价阳离子的引入使得Mn2+向Mn3+转变和Mn3+向Mn4+的进一步转变。最后,我们将LCM050电极材料组成了对称式超级电容器,在160W·kg-1功率密度下,能量密度达到了7.6W·kg-1
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