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论文综述了超级电容器电极材料研究现状,系统探讨了新型超级电容器负极材料低价过渡金属氧化物氧化亚铁的制备方法、物理特性及其电化学性能,设计了氧化亚铁/1M Li2SO4水溶液/AC混合超级电容器,并对其主要性能进行研究。
用FeSO4·7H2O和H2C2O4·2H2O反应制备前驱体FeC2O4·2H2O,在400℃~600℃氩气气氛中焙烧前驱体15min~60 min制备FeO。借助XRD衍射分析、SEM形貌分析、激光粒度分析、比表面积测试以及电导率测定研究产物的物理性能。XRD衍射分析表明所得产物为“FeO!Fe2O3”,产物的主体成分为FeO,同时含有少量的Fe2O3以及Fe。重铬酸钾滴定分析表明,采用400℃、30min焙烧条件,所得产物中FeO97.4%、Fe2O32.1%、FeO.5%,其导电性良好,其电导率高达3.3 S/cm。
分别在有机电解液lmol-L-1 LiPF6/(EC+DMC+EMC)及无机水系电解液6mol/L KOH、1mol/L LiOH、lmol/L Li2SO4中,借助循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等技术研究氧化亚铁的电化学性能。结果表明,氧化亚铁在有机电解液中的欧姆电阻及电荷转移阻抗都较大,而在水溶液中较小,在KOH电解液中最小,欧姆电阻约为1.0Ω。其中,在有机电解液中,电流密度分别为0.024 A/g、0.072A/g、0.14A/g、0.29A/g时,比容量分别为31.8F/g、25.6 F/g、18.6F/g、14.2F/g。
分别采用0.2A/g、0.4 A/g、1A/g电流密度,首次放电容量:在KOH电解液中依次为64.2F/g、56F/g、47F/g:在Li2SO4电解液中依次为57.6 F/g、52.8F/g、45.6F/g;在LiOH电解液中依次为51.3 F/g、41.5 F/g、30.6 F/g,在这三种水系电解液中,200次循环后,容量均保持90%左右,在KOH和Li2SO4电解液中的容量较大,在LiOH电解液中最小。此结果表明,氧化亚铁在水系电解液中的性能明显优于有机电解液体系。
研究了活性炭分别在KOH及Li2SO4电解液中的性能,结果表明,在Li2SO4电解液中具有较宽的电容特性范围及较高的工作电压。以所制备氧化亚铁为负极,活性炭为正极,组装电容器FeO/1M Li2SO4水溶液/AC并研究其电化学性能,结果显示当正负极质量比为1.5:1.0时,电容器的安全工作电压可以高达1.65V。当功率密度大于2000 W/Kg时,该电容器的能量密度大于8Wh/Kg。循环1000次充放电效率仍接近100%。