【摘 要】
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超级电容器作为一种新型绿色环保的储能设备拥有很多独特优势,例如快速充放电、高功率密度和稳定的循环寿命等,但是能量密度低一直限制其应用和发展。本文的研究主要以过渡族金属氧化物作为电极材料为中心,通过微波水热法和溶剂热法制备高比表面积、高导电性的电极材料,提升其比容量,进而提升超级电容器能量密度,解决核心问题。首先采用微波水热法制备NiMnO_3电极材料,通过改变水热反应温度和水热反应时间确定性能最优
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超级电容器作为一种新型绿色环保的储能设备拥有很多独特优势,例如快速充放电、高功率密度和稳定的循环寿命等,但是能量密度低一直限制其应用和发展。本文的研究主要以过渡族金属氧化物作为电极材料为中心,通过微波水热法和溶剂热法制备高比表面积、高导电性的电极材料,提升其比容量,进而提升超级电容器能量密度,解决核心问题。首先采用微波水热法制备NiMnO3电极材料,通过改变水热反应温度和水热反应时间确定性能最优时的NiMnO3电极材料的制备条件。实验结果表明:当水热温度为160℃时,所制备样品拥有最大比表面积(74.9 m2 g-1);在电流密度为3 A/g时,电极材料的最大比容量高达到269.8 F/g,而改变水热时间对电极材料的形貌和电化学性能影响较小。其次,为进一步提高NiMnO3材料的导电性,对其进行了 Fe离子掺杂。随着掺杂量的增加,材料的比表面积呈逐渐增大趋势,最大比表面积可达到122.8m2 g-1。当掺杂量为15 wt%Fe离子时,最大比容量为535.5 F/g,与不掺杂相比提升98%;电极材料的电导率从1.236×10-6S m-1增加到8.732×10-4 S m-1,导电率有明显提升。最后,通过调节不同种类溶剂,采用水热/溶剂热法制备了结构可控的NiMnO3/Ni6MnO8电极材料。在水-甲醇体系中,当混合溶剂为水:甲醇=1:1时,制备电极材料的比表面积(33.27 m2 g-1)和比容量都达到最大(598.0 F/g);随后采用水-乙二醇体系作为溶剂,当水:乙二醇=1:1时制备样品拥有最大比表面积55.30 m2 g-1,电极材料的比容量为495.6 F/g;最后采用乙二醇-甲醇体系作为溶剂,当溶剂全部为乙二醇时所制备样品拥有最大的比表面积30.04 m2 g-1,电极材料的比容量为403.5 F/g。综上所述得出结论,当溶剂为水:乙二醇=1:1时制备材料拥有最大比表面积;当溶剂为水:甲醇=1:1时制备电极材料性能最佳。
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