錳酸鈉鈉離子電極材料及其混合超級電容研究.pdf

1、錳酸鈉具有原料豐富，價格便宜等特點，近來將其作為鋰離子電池和鈉離子電池的正極材料引起了科研工作者們廣泛的關(guān)注。其中鈉在地殼中的含量(2.83％)比鋰在地殼中的含量(0.0065％)要高435倍，若采用鈉離子化合物作為電極材料的能量儲存系統(tǒng)被研究出來，將具有比鋰離子電池更大的競爭優(yōu)勢。本文通過大量的文獻(xiàn)調(diào)研，緊跟著該領(lǐng)域的國際前沿，采用固相法和溶膠凝膠法制備了隧道結(jié)構(gòu)的Na4Mn9O18材料以及采用溶膠凝膠法制備了層狀結(jié)構(gòu)的Na0.7Mn

2、O2.05材料，探索反應(yīng)條件，采用TGA、XRD、SEM等手段對材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌表征，并分別考察這兩種材料的電化學(xué)性能，再將其與活性炭組裝成混合超級電容器，考察這兩種材料在混合電容器中的應(yīng)用性能，得出以下結(jié)論:
　　 1、采用固相法和溶膠凝膠法能夠制備得到Na4Mn9O18材料。文中研究了煅燒溫度對材料的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響。采用固相法合成過程簡單，制備出的樣品有結(jié)塊現(xiàn)象，顆粒較大;溶膠凝膠法則較繁瑣，還需消耗大量的檸

3、檬酸，制備出的樣品呈棒狀，顆粒比采用固相法制備出的更小，棒狀顆粒的直徑范圍較寬，大概為0.2μm-1μm。研究表明，在800℃下煅燒制備出的樣品較純。兩種材料在1 mol L-1的Na2SO4水系電解液中，其首次比容量都將近200 Fg-1，在經(jīng)過500次循環(huán)之后，容量保持率分別為88％和71.5％，采用溶膠凝膠法制備出的樣品循環(huán)性能更優(yōu)。
　　 2、以溶膠凝膠法制備出的Na4Mn9O18材料為正極，活性炭(YP-17D)為負(fù)極

4、，以泡沫鎳為集流體，電解液采用1 mol L-1的Na2SO4水溶液，隔膜為Celgard3501，組裝成混合電容器。研究結(jié)果表明:當(dāng)正負(fù)極質(zhì)量比為1∶2時，該混合電容器有最佳的容量值;該電容器在充放電時既表現(xiàn)出雙電層電容的特性，同時又具有法拉第反應(yīng)的特征，且內(nèi)阻小;在500 mA g-1的電流密度下，經(jīng)過4000次循環(huán)后容量保持率為81.5％，該混合電容器的循環(huán)性能較優(yōu)。
　　 3、采用溶膠凝膠法合成層狀結(jié)構(gòu)的Na0.7MnO

5、2.05材料，在700℃下合成的樣品顆粒均勻，粒徑約為1μm。該材料在1 mol L-1的Na2SO4水系電解液中，其結(jié)構(gòu)和形貌均會隨著充放電過程而改變，經(jīng)過100次循環(huán)之后，該材料變?yōu)閷訝畹腘a0.55Mn2O4·1.5H2O，顆粒表面變得粗糙，呈褶皺片層狀。電化學(xué)性能測試表明，新形成的層狀材料具有較高的比容量。
　　 4、將Na0.7MnO2.05正極與活性炭負(fù)極組裝成非對稱的混合電容器，結(jié)果顯示該電容器負(fù)極與正極的質(zhì)量比為