层状SnO的制备及其作为超级电容器电极材料的性能研究

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超级电容器由于工作温度范围较宽、充放电电流大、比电容较高、功率密度大和安全系数高等优点在各种储能技术中具有独特优势,受到了研究者广泛的关注。超级电容器性能的好坏在很大程度上取决于其电极材料的制备与形貌控制,因此,设计和开发新型的高效、低成本、环保和电化学性能良好的电极材料成为目前研究者关注的焦点。氧化亚锡(SnO)是亚稳态金属氧化物半导体,具有成本低廉、无毒无污染和天然含量丰富的优点,并且具有层状结构和较高的理论比容量,同时,较大的层间距可缓冲体积膨胀,使其在充放电过程中不易塌陷。因此,SnO在作为超级电容器电极材料上具有一定应用价值。本文以SnO为研究对象,利用水热法,以提高超级电容器电极材料的比电容、增加循环稳定性和倍率性能、降低内阻为目标,制备出多种形貌的SnO样品,并研究了其电化学性能,(1)利用不同的碱(KOH/NaOH/NH3·H2O)做氧源,SnCl2·2H2O做锡源,通过水热法制备SnO样品。通过改变碱的种类,可以控制层状SnO的形貌和厚度。将三个样品制备成电极测试其电化学性能,发现在1 A·g-1的密度下,SnO-K、SnO-Na和SnO-NH3的比电容分别为687.5 F·g-1、551.5 F·g-1和939.5 F·g-1,在10 A·g-1的密度下的比电容分别为1 A·g-1下比电容的34.4%、30.5%和40.4%,表明SnO-NH3在三个样品中不仅具有最好的比电容,还具有较好的倍率性能。(2)以氨水作为还原剂,在乙醇体系中利用水热法制备了层状SnO微米片。通过改变氨水含量来调节反应溶液p H值,可以精确地控制SnO微米片的厚度和表面形貌,同时分析了其可能的形成机理。结果表明,在电流密度为1 A·g-1时,获得了1080 F·g-1的超高比容量,达到其理论法拉第电容值的~75%。此外,在电流密度为1 A·g-1时,经过1000次循环后,比电容为849 F·g-1,表明样品具有出色的稳定性。(3)进一步地,在乙醇/水体系中利用一步水热法将SnO纳米片直接生长在泡沫镍基底上。通过改变水/乙醇的比例,可以控制SnO纳米片的形貌。所制备出的样品无需其他处理就可以直接作为超级电容器电极。结果表明,水/乙醇恰当的比例会使SnO纳米片高密度三维交叉生长,这种形貌有利于提升比电容,同时,原位生长的无粘结剂的电极拥有很高的倍率性能,SnO-1:2,SnO-2:1,SnO-3:0三个样品在10 A·g-1下的电容值分别为1 A·g-1下比电容96.7%,95%,94.1%,20 A·g-1下的比电容仍能维持在1 A·g-1下比电容的80%以上。
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