华南师范大学 硕士学位论文 超级电容器电极材料(VN,S/MnO)的制备及其性能研究 姓名:周晓平 申请学位级别:硕士 专业:物理化学 指导教师:舒东 20090501
超级电容器电极材料(VN,S/MnO:)的 制备及其性能研究
专业名称:物理化学
申请者姓名:周晓平
导师姓名:舒东
摘要
超级电容器(supercapacitor),也叫电化学电容器,是一种介于传统物 理电容器和二次电池之间的新型的能量存储和转换器件.与电池相比,它 具有更高的功率密度,与普通电容器相比,它可以储存更多的能量.而且, 超级电容器具有循环寿命长,工作温度范围广,可快速充放电,无污染, 零排放等优点,在通讯科技,信息技术,家用电器等各种工业领域以及混
合动力电动汽车,航空航天等领域都有广阔的应用前景.已经受到了世界 各国的普遍重视.超级电容器的研究热点是其电极材料,目前,商业化的
超级电容器其电极材料为碳材料,碳材料是超级电容器研究最早也是最全 面的.由于碳材料的电容主要依赖于双电层电容,其比电容数值较低.以
二氧化钌为代表的金属氧化物超级电容器材料,由于其具有较高的比电
容,因此成为近年来的超级电容器又一研究热点.本论文以过渡金属钒,
锰的化合物为研究对象,具体研究了氮化钒,掺硫二氧化锰的制备及其超
电容性能,主要研究结果如下: 1.通过五氧化二钒干凝胶在氨气环境下氮化,制备了氮化钒材料.
分别用循环伏安和恒流充放电实验对其电化学超电容行为进行了表征.结 果显示,氮化钒在碱性溶液中表现了较好的超电容特性.在lmol
L_KOH
溶液中,扫描速度为lOmV sd时,电极比电容为161F g～,当扫描速度由
lOmV
s.1增大到lOOmV sd时,其循环伏安曲线形状基本保持不变,而且
恒流充放电曲线对称性较好,电极充放电过程的库仑效率随着电流密度的
增大而减小.所有的电化学实验结果表明氮化钒在碱性溶液中有较好的超
电容行为,其循环稳定性,可逆性都较好.机理分析表明:氮化钒表面结 合了一层羟基,在电极过程中存在着快速可逆的电化学反应,在电化学循 环过程中能适应较高的扫描速度,加上氮化钒的高的导电性,使得其适合 快速充放电循环.另外,电极充放电过程的库仑效率随着电流密度的增大 而降低,这又说明了电极过程中也存在着慢速的电化学反应,这些慢反应 在高的电流密度充放电时来不及反应,导致快速反应时其库仑效率的降 低.实验结果表明氮化钒是一种有前途的超级电容器的电极材料.
2.采用液相共沉淀法制备了掺硫量不同的掺硫二氧化锰的无定型粉
末材料.通过循环伏安和恒流充放电测试方法研究了其电容行为.电化学 测试结果表明:在0.1mol
L-1
Na2S04溶液中,电位窗口范围为.O.1-..0.9V
(VS.SCE),该材料具有良好的电容性能.当扫描速度为2mV Sd时,其比
电容为131F g～,而且经历500循环后其比电容还能保持在原来的94.8%,
表现了良好的稳定性.恒流充放电实验结果表明,在电流密度为6mA
cm七
时,其充放电库仑效率达到最高,为93.5%,表现了较好的可逆性.所有
的实验结果表明,适量掺硫可以改善材料的超电容性质.
关键词:
电化学电容器;
比电容;
过渡金属;
氮化钒;
掺硫二氧化锰
Ⅱ
STUDY ON THE ELECTROCHEM I CAL BEHAV 1 0R OF VN AND
S/Mn02 AS ACT I VE MATER l AL FOR SUPERCAPAC I TOR
Major:Physical

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