碳材料及其金屬氧化物復(fù)合材料在超級電容器中的應(yīng)用.pdf

1、超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲能元件。與傳統(tǒng)靜電電容器相比，超級電容器具有更高的能量密度;與電池相比，具有更大的功率密度。超級電容器具有瞬間釋放特大電流、充放電效率高、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)。在移動通信、信息技術(shù)、消費(fèi)電子、電動汽車、航空航天和國防科技等領(lǐng)域具有重要和廣闊的應(yīng)用前景，在世界范圍內(nèi)引起了極大關(guān)注。超級電容器的研究，主要集中在高性能電極材料的研究上。本文選定納米ZnO、多壁碳納米管(MWCNTs)及其ZnO復(fù)合材

2、料、碳納米纖維(CNFs)及其MnO2復(fù)合材料作為超級電容的電極材料，通過XRD、SEM技術(shù)對其微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析，通過循環(huán)伏安和恒流充放電測試方法對其電容性能進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.首次提出用納米ZnO作為超級電容器的電極材料。利用液相共沉淀法，以Zn(NO3)2·6H2O為原料，聚乙二醇(PEG)為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過改變沉淀劑KOH的用量制備了花瓣?duì)詈屠C球狀ZnO納米粒子，并研究了ZnO的形貌對其電

3、容性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，花瓣?duì)頩nO電極和繡球狀ZnO電極在2mol/L KNO3溶液中、0.00～1.00V(vs.SCE)的電位窗口范圍內(nèi)均具有良好的電容特性和較好的功率特性。與繡球狀ZnO電極相比，花瓣?duì)頩nO電極具有較高的比電容。這可能是由于花瓣?duì)頩nO電極具有較高的比表面積，電化學(xué)活性較高。當(dāng)電流為0.5μA時，花瓣?duì)頩nO電極比電容為84.90F/g，能量密度為42.45 Wh/Kg時，功率密度為4.25KW/Kg。20

4、0次循環(huán)后花瓣?duì)頩nO電極和繡球狀ZnO電極比電容分別增加9.38％、8.70％，說明兩種形貌的ZnO電極均具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性和電容穩(wěn)定性。
　　2.用高比表面積、高導(dǎo)電性的MWCNTs及其ZnO復(fù)合材料作超級電容器的電極材料。在研究MWCNTs電容性能的基礎(chǔ)上，利用超聲化學(xué)法在高比表面積、高導(dǎo)電性的MWCNTs上沉積ZnO作為復(fù)合材料并研究其電容性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MWCNTs電極和MWCNTs/ZnO復(fù)合電極在2mol/L

5、KNO3溶液中、0.00～1.00V(vs.SCE)的電位窗口范圍內(nèi)均具有良好的電容特性和較好的功率特性。當(dāng)電流為10μA時，MWCNTs電極和MWCNTs/ZnO復(fù)合電極的比電容分別為188.25F/g和333.10F/g。200次循環(huán)后MWCNTs電極和MWCNTs/ZnO復(fù)合電極比電容分別衰減了19.83％、16.43％。說明MWCNTs電極和MWCNTs/ZnO復(fù)合電極均具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性和電容穩(wěn)定性。
　　3.利用電紡

6、絲技術(shù)制備CNFs和CNFs/MnO2復(fù)合材料，并首次將二者用作超級電容器電極材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CNFs電極和CNFs/MnO2復(fù)合電極在2mol/LKNO3溶液中、O.00～1.00V(vs.SCE)的電位窗口范圍內(nèi)均具有良好的電容特性和較好的功率特性。在電流為5μA時，CNFs電極和CNFs/MnO2復(fù)合電極的比電容分別為59.00F/g、146.03F/g。200次循環(huán)后CNFs電極和CNFs/MnO2復(fù)合電極的比電容分別衰減了