镍锰二元硫化物与氧化锰电极的设计、制备与电化学性能研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xushaowei20092009
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超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、工作环境适应性强等优点,这些优点使其得以在电能存储系统中占据一席之地。影响超级电容器电化学性能的因素众多,其中之一便是电极的选择。目前,在各类超级电容器电极材料中,过渡金属氧化物和硫化物以较高的理论容量与稳定的电化学性能得到广泛关注,因此,本文研究的主要着眼点即是设计并制备了两种超级电容器电极,此两种电极选择了以一步法将导电性强的碳布分别与理论容量高的镍基硫化物、稳定性好的锰基硫化物与氧化物相结合的方式,并据测试结果对其电化学性质进行了改良。本论文的主要内容如下:(1)系统地描述了超级电容器的工作原理与相关测试手段,并对当前超级电容器电极材料方面的分类与研究进展进行了梗概式的介绍。(2)以电化学处理后的碳布作为基底,利用水热法在其上一步生长镍锰二元硫化物,并调整实验参数使样品生长成片层颗粒结合的微观结构,从而改善电极的电化学性能。进一步地,为了改良电极性能,本文在实验配方中加入了一定量的分散剂(十二烷基苯磺酸钠)。研究发现,适量的分散剂能够有效地帮助镍锰二元硫化物形成大小均一且分布均匀的小颗粒,从而表现出相对较好的电化学性能。该电极在1 mA cm-2的电流密度下表现出约为1480.25 mF cm-2的面积比容量,而当电流密度提高至10 mA cm-2时,电极仍拥有约700.00 mF cm-2的容量。(3)以经电化学处理过的碳布作为基底,使用溶液法在其上一步生长泡沫状氧化锰。与上类似,通过调整实验参数使样品上的氧化锰的结构更加蓬松完整,从而具有更好的电化学性能。改良过后的电极拥有0-1.1V的宽电压区间,且在1 mA cm-2的电流密度下表现出约3705.08 mF cm-2的面积比容量。此外,在循环稳定性相关测试中,该电极在10 mA cm-2的电流密度下进行10000次循环后容量仍保持在1093.15 mF cm-2,这一性能已达同类材料上游水平。(4)总结了本论文的主要研究工作及相关研究成果,并对本文中设计制备的超级电容器的发展进行了展望。
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