【摘 要】
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使用化石能源造成的各种环境问题使人们对新能源的开发利用得到重视,风能、水能、太阳能等得到大力发展。由于科技发展带来的生产生活的更高需求和传统储能装置的不足之间的矛盾日益突出,超级电容器作为新型储能装置得到广泛研究,其中电极材料是影响其性能的重要因素之一。过渡金属氧化物由于其多重氧化态使其具有高循环稳定性和较高的能量密度在超级电容器电极材料方面受到关注,然而它们较低的电导率限制了电子传输特性。本论文
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51261015）； 甘肃省自然科学基金项目（1308RJZA238）； 兰州理工大学红柳一级学科建设项目； 甘肃省优秀研究生“创新之星”项目（2021CXZX-536）；
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使用化石能源造成的各种环境问题使人们对新能源的开发利用得到重视,风能、水能、太阳能等得到大力发展。由于科技发展带来的生产生活的更高需求和传统储能装置的不足之间的矛盾日益突出,超级电容器作为新型储能装置得到广泛研究,其中电极材料是影响其性能的重要因素之一。过渡金属氧化物由于其多重氧化态使其具有高循环稳定性和较高的能量密度在超级电容器电极材料方面受到关注,然而它们较低的电导率限制了电子传输特性。本论文通过调控制备条件合成了不同形貌（Co,Mn）（Co,Mn）2O4、不同复合比例（Co,Mn）（Co,Mn）2O4/g-C3N4以及不同烧结温度Mn Co2O4三种不同类型的超级电容器电极材料。利用现代材料表征技术研究了材料的晶体结构、微观形态等物理结构,对电极材料的电化学性能进行研究得到了高性能超级电容器电极材料,具体研究内容如下:1、为了研究材料的微观形貌对电化学性能的影响,通过调整材料合成条件,优化工艺参数,采用水热法和高温烧结法制备了颗粒状、球状、片状三种形貌的（Co,Mn）（Co,Mn）2O4纳米材料。利用现代表征手段对样品的微观结构进行了表征分析,通过电化学工作站三电极测试系统进行循环伏安测试、充放电测试和电化学阻抗测试分析其电化学性能。以活性炭为负极,片状（Co,Mn）（Co,Mn）2O4为正极组装了非对称超级电容器CMO//AC,发现在能量密度为50 Wh kg-1时具有高达796 W kg-1的功率密度。2、为了进一步提高颗粒状（Co,Mn）（Co,Mn）2O4纳米材料的比容量大小,通过高温烧结法制备石墨相氮化碳（g-C3N4）,然后通过控制复合比例合成了不同含量g-C3N4的（Co,Mn）（Co,Mn）2O4/g-C3N4复合材料。片状的g-C3N4能够提供大的比表面积和大量的表面活性位点,提高电化学反应的电子传输效率。通过三电极测试显示复合样品相比纯（Co,Mn）（Co,Mn）2O4具有更高的比容量,当g-C3N4与（Co,Mn）（Co,Mn）2O4质量比为1:9时复合样品具有最佳的电化学性能。组装成的非对称超级电容器CMO/GCN-2//AC在20A g-1的电流密度下循环5000圈后容量保持率可达到80%而库仑效率约为100%。3、为研究不同烧结温度对立方相Mn Co2O4纳米材料的微观结构和电化学性能的影响,首先利用水热法制备钴锰前驱体,然后在管式炉中控制烧结温度,得到一系列不同烧结温度的Mn Co2O4电极材料。对样品的晶体结构、形貌、元素组成及化学态进行了表征分析。利用三电极测试系统研究了材料的比容量大小、电化学可逆性、电化学阻抗以及循环稳定性。结果表眀,在700℃烧结温度下制得样品具有最佳的电化学性能,在电流密度1 A g-1下样品比容量最高达到2065 F g-1。采用活性碳为负极,组装的非对称超级电容器MCO-700//AC研究了其在实际应用中的表现。
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