超级电容器中活性炭电极掺杂MnO2的性能优化研究
【摘要】：本文通过不同方法制备出三种不同晶型及形貌的二氧化锰粉末,分别标记这三种二氧化锰粉末为A型二氧化锰,B型二氧化锰,C型二氧化锰。并利用活性炭其较好的导电性能和二氧化锰理想的比容量的特性,选用二氧化锰粉末掺杂到活性炭电极,研究了不同种方法制备的二氧化锰和二氧化锰的掺杂量对活性炭电极的电化学性能影响。通过电子扫描显微镜(SEM),X-射线衍射(XRD)对不同方法制备的二氧化锰的形貌及晶型进行表征,对掺杂后的活性炭电极进行循环伏安,恒流充放电等一系列电化学测试数据进行分析。研究表明:A型为不同纳米级的粗糙颗粒结构的α-MnO2、B型为蜂窝球状结构的β-MnO2、C型为相互交错的纳米线结构的γ-MnO2。在5mA电流下,B型二氧化锰最大的比容量为157F/g,其次C型二氧化锰比容量为112F/g,再次之A型二氧化锰比容量为99F/g;内阻大小:B型二氧化锰(6.4Ω)A型二氧化锰(4.4Ω)C型二氧化锰(3.2Ω)。活性炭电极中分别依次掺杂A型二氧化锰、B型二氧化锰、C型二氧化锰粉末。通过对这三组电极电化学测试数据分析得出:A型二氧化锰在活性炭电极中的掺杂量为70%拥有151F/g最大比容量;B型二氧化锰在活性炭电极中的掺杂量为60%其比容量达到最大值为172F/g;C型二氧化锰在活性炭电极中的掺杂量为50%,比容量达到最大值为141F/g。B型二氧化锰具有三者之中最高的比容量,C型二氧化锰的内阻为三者之中最小,倍率特性最好。利用这两种二氧化锰的独特优势,均匀混合B型二氧化锰和C型二氧化锰掺杂到活性炭电极中。结果分析得出:当活性炭电极中掺杂的B型二氧化锰和C型二氧化锰比例均为为30%时,电容特性和比容量都达到最优,其比电容法值为191F/g,内阻为110mΩ,充放电效率达到91%。利用所制备出的最优掺杂电极组装成超级电容器单体,经过8000次恒流充放电循环测试数据表明:单体在测试中充放电效率一直保持在99%左右;单体容量测试初始达到85.3F,循环测试结束后仍然有79.2F,容量衰减率只有7.2%,单体内阻为0.32Ω,能量密度为2.36Wh/Kg。
【关键词】：超级电容器 二氧化锰 活性炭 掺杂电极
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM53
