超級電容器用MnO2-C復合電極粉末制備與單體性能優(yōu)化.pdf

1、二氧化錳水系超級電容器以其低廉的價格、較高的理論比容量以及環(huán)境友好無污染等特點成為了研究的熱點。然而MnO2較差的離子電導率和較低的比表面積限制了二氧化錳電容器的實際性能。本文以水熱碳球(NCs)為復合前驅(qū)體，采用不同方式制備出了5種擁有不同比表面積的MnO2/碳球復合電極材料。并通過XRD、FSEM、BET以及電化學測試等手段研究了5種復合粉末電極的理化特性以及電化學性能。同時研究了δ-MnO2的比容量與比表面積的關(guān)系，以及不同的正負

2、極質(zhì)量配比對單體性能的影響。通過分析研究，得出以下結(jié)論：
　　五種不同復合工藝下制備的 MnO2/ NCs復合粉末中 MnO2的基本晶型都以δ-MnO2為主，且MnO2的含量都為50％左右。五種復合粉末的比表面積與孔隙分布有著很大的差別，其中BET表面積最高的為170.2m2/g，其比容量達到158.8F/g。
　　復合電極的倍率性能與電極粉末的孔隙直徑分布密切相關(guān)。五組樣品中，大孔含量最高的兩組粉末的倍率性能最差，其50m

3、V/s掃描速度下的比容量相較于5mV/s時的衰減分別達到35.4%與30.3%；而以介孔為主要孔隙的兩組粉末的衰減量僅為23.8%與19.8%。
　　試驗中三組納米碳球/δ-MnO2復合粉末的比表面積相對于單相δ-MnO2都發(fā)生了大幅度的提高，對δ-MnO2進行復合能夠有效的提高MnO2的利用率，本文使用的水熱納米碳球是有效的提高電極比容量的復合前驅(qū)材料，以介孔為主要表面孔隙的δ-MnO2比容量的提升速率隨著其比表面積的提高呈近似

4、的線性關(guān)系。
　　當單體電容正負極配比 R=0.5時，在過高的電位窗口下，正極的實際工作電位區(qū)間增大，電解液顏色發(fā)生變化，出現(xiàn)了Mn(Ⅳ)向Mn(Ⅵ)轉(zhuǎn)變的不可逆反應(yīng)，單體電容的壽命降低。而當正極質(zhì)量過大時，電容器的工作效率下降。所以水系非對稱MnO2-NCs//AC(活性炭)單體的應(yīng)用電壓應(yīng)在1.6~1.8V之間。并且電極在實際放電過程中電容器負極的比容量比單電極測試時偏高。本實驗所選用的正負極材料的最佳配比值應(yīng)該比理論計算值偏

5、高。
　　R=1.5的電容器單體的比能量高于其余五組樣品，其在300W/kg左右的功率密度下能量密度最大能達到22.3Wh/kg，在1300W/kg的功率密度下能量密度仍然能夠保持17.6 Wh/kg。而配比值更接近于理論計算值R=1.0時的單體電容在六組樣品中的綜合性能排在第二，在功率密度為1000W/kg時的能量密度大約為16.5 Wh/kg。正負極質(zhì)量比為0.5、0.7與2.0的三組單體的綜合性能十分相近，而R=2.5時單體