【摘 要】
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MnO2由于储量丰富、环境友善、制备容易,被认为是具有较大实用价值的电化学电容器活性材料。本文以二氧化锰电化学电容器为研究对象,重点研究了其在有机电解液中的电化学性能。采用循环伏安,交流阻抗及恒流充放电实验,揭示了电极反应的特点,并且测得组装的二氧化锰电容器具有较好的电化学性能。⑴采用低温固相法,液相沉淀法,溶胶凝胶法分别合成α-MnO2粉末颗粒,颗粒大小为r固>r液>rsol-gel,在1mol
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MnO2由于储量丰富、环境友善、制备容易,被认为是具有较大实用价值的电化学电容器活性材料。本文以二氧化锰电化学电容器为研究对象,重点研究了其在有机电解液中的电化学性能。采用循环伏安,交流阻抗及恒流充放电实验,揭示了电极反应的特点,并且测得组装的二氧化锰电容器具有较好的电化学性能。
⑴采用低温固相法,液相沉淀法,溶胶凝胶法分别合成α-MnO2粉末颗粒,颗粒大小为r固>r液>rsol-gel,在1mol/LLiPF6的EC+DEC+DMC(1:1:1Vol)电解液中,电流密度为500mA/g时,模拟电容器的比能量分别为2.7Wh/kg,4.7Wh/kg,7.0Wh/kg,200次充放电循环后,容量保持分别为1.69Wh/kg,2.16Wh/kg,5.84Wh/kg。
⑵液相沉淀法制备的MnO2电极在1mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC)电解液中具有较大比能量和循环性能。在1mol/LLiClO4/(DMC+EC)电解液中电极循环性能较好,但比容量相对较低。而常被用作双电层电容器的1mol/LEt4NBF4/PC电解液,用于MnO2电化学电容器时,并没有很好的电容性能。
⑶石墨和Ni适量的掺杂有利于提高电极的电化学性能。当电流密度为500mA/g时,掺C量为m(C):[m(MnO2)+m(C)]=20%以及掺Ni量为n(Ni):n(Mn)=1:20的复合电极组成的模拟电容器的比能量都好于空白的MnO2模拟电容器,分别可达到10.7Wh/kg和10.4Wh/kg。另外掺杂的材料组成的电容器循环性能也有很大的提高,1000次循环后,容量的保持率分别可达41%和56%。
⑷混合型电容器放电时的电极极化小于对称型,表明其整体装置的内阻要小于对称型。大电流充放电下,混合型电容器有更多的活性物质参与氧化还原反应,可获得更高的容量拥有更大的比能量。不论是纯MnO2混合电容器,还是掺杂的MnO2混合电容器,比能量都有很大的提高。当电流密度为500mA/g时,掺C的MnO2混合电容器比能量可达31.3Wh/kg。并且经1000次循环后,掺C量为m(C):[m(MnO2)+m(C)]=20%以及掺Ni量为n(Ni):n(Mn)=1:20的复合电极与石墨组成的电容器,容量衰减分别只有23%和24%。充分体现了混合电容器的优越性。
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