Sr、Co摻雜LaFeO3超級電容器電極材料研究.pdf

1、超級電容器是一種新型高效能量存儲設備，介于傳統(tǒng)電容器和電池/燃料電池之間。超級電容器具有高功率密度、良好可逆性、高循環(huán)效率、長循環(huán)壽命、環(huán)境友好和安全等優(yōu)點。因此，超級電容器技術被認為是一種很有前景的綠色技術。電極材料是超級電容器研究的重要方向，其主要電極材料包括傳統(tǒng)碳材料、導電聚合物、金屬氧化物以及鈣鈦礦型氧化物等。鈣鈦礦型材料呈獨特的ABO3結構（天然鈣鈦礦結構），具有良好的電子電導率和離子電導率。近幾年來，關于鈣鈦礦氧化物超級電容

2、器的研究越來越多，鈣鈦礦氧化物正成為一種新型的超級電容器電極材料。本論文選擇LaFeO3為研究對象，研究內容包括LaFeO3基鈣鈦礦型氧化物電極材料的制備及物理和電化學分析測試，考察其作為超級電容器電極材料的綜合性能。
　　以LaFeO3材料作為電極活性物質，選用碳紙襯底作為集流體，采用超聲分散浸漬法制備電極。研究發(fā)現(xiàn)電極活性物質擔載量為0.6~0.7mgcm-2及球磨15h有利于提高電極材料的電化學性能。由于實驗所用的LaFeO

3、3材料比表面積較小，且材料體系中僅有Fe元素能夠發(fā)生氧化還原反應，所以材料的比電容并不高。在2mV s-1的低掃描速率下，LaFeO3電極的比容量為102F g-1。在2mA恒定電流下經(jīng)過1000次的循環(huán)后，電極幾乎沒有發(fā)生衰減現(xiàn)象，說明LaFeO3材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　以LaFeO3作為基本架構，在A位摻雜Sr元素，B位摻雜Co元素，分別采用甘氨酸燃燒法和溶膠-凝膠法合成La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3（L

4、SCF6428）材料，其室溫電導率為60S cm-1左右，說明該材料具有良好的電子導電性。研究結果表明甘氨酸燃燒法制備的LSCF6428材料具有更高的比表面積、更均勻的孔徑分布、更好的比容量及離子導電性。
　　以甘氨酸燃燒法合成的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3作為電極材料，分別在1M Na2SO4中性電解液和6M KOH堿性電解液下進行電化學性能研究?？芍?M Na2SO4中性電解液和6M KOH堿性電解質溶液中，

5、電極的電位窗口分別為-0.1~0.9V和-1.2~0.4V。在2mV s-1掃描速率下，La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3電極在1M Na2SO4電解液和6M KOH電解液下的比電容大小分別為168F g-1和268F g-1。可知甘氨酸燃燒法合成的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3電極在6M KOH電解質溶液中具有更寬的工作電壓范圍和更大的比電容。
　　LSCF電極的贗電容效應來自于Fe元素和Co元素的變價，

6、室溫電導率約為60~200S cm-1左右，Co元素含量增加提高了電極材料的電導率。改變Co元素和Fe元素的比例，以La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3和La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3作為電極材料，分別在1M Na2SO4中性電解液和6M KOH堿性電解液中進行電化學測試。Co含量的增加使得電極在6M KOH電解液中的電位窗口變?yōu)?1.2~0.3V（向負電位移動）。在2mV s-1掃描速率下，La0.6Sr0.4C

7、o0.8Fe0.2O3電極在1M Na2SO4電解液和6M KOH電解液下的比電容大小分別為200F g-1和308F g-1。實驗結果表明Co含量的增加，增強了電極的贗電容氧化還原反應，CV曲線表現(xiàn)出了明顯的氧化峰和還原峰，提高了電極的比容量和電子離子導電性，說明Co元素具有比Fe元素更強的存儲電荷的能力，在贗電容效應中，Co元素的貢獻比Fe元素大。La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3和La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2