超电容以及有机自由基电池高功率电化学体系探讨研究

来源 :中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiaxiaoli00
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氧化锰材料具有原材料低廉,电化学窗口大,比电容较大,对环境友好等优点,近年来在电化学电容器研究领域中成为了热点。而有机自由基电池是一种利用含有稳定自由基的高分子材料储能的新型电池,兼顾功率密度与能量密度,具有柔性好,可加工性强的独特优点,可望在一些特殊领域得到应用。本文选取了这两种高功率电化学体系,研究了氧化锰薄膜准电容特性,探索研究了有机自由基高分子材料/气相沉积碳纤维(VGCF)复合电极在有机溶剂电解液和离子液体电解液中的电化学性能。   论文采用了静电喷雾沉积(ESD)的方法,以高锰酸钾/(水+醇)溶液为前驱液,制备了海绵状薄膜,含有结晶水,表面具有微裂痕的氧化锰薄膜。制得的氧化锰薄膜具有良好的循环稳定性和功率特性,可以作为一种薄膜电极应用于一些场合。制得氧化锰薄膜,第10000次循环的比电容为172 Fg-1,是第一次循环163Fg-1的103%。   论文研究了高温(900℃)下处理的氧化锰薄膜在循环过程中的电化学特性。经过1000次动电势循环后,薄膜的比电容由原来第2次的仅有6.58 Fg-1,增大为131.2 Fg-1,并具有良好的功率特性,晶形由原来的四方结构Mn3O4,逐步变成层状的Na-Birnessite结构,形貌也由原来致密薄膜转变为三维片状结构。研究表明了Na-Birnessite具有电化学活性,是准电容的提供者。   论文另一部分探索研究了聚降降冰片烯衍生物有机自由基高分子材料/气相沉积碳纤维(VGCF)复合电极在有机溶剂电解液以及离子液体电解液中的电化学性能。比较研究了不同分子量和不同构型的自由基高分子材料的复合电极在有机溶剂电解液1mol L-1 LiPF6/EC-DEC(3∶7 vol)以及离子液体电解液0.5 mol kg-1 LiTFSI/EMITFSI电化学性能。研究表明不同类型的电解液以及高分子材料的分子量的对电极的充放电容量以及循环特性影响较大。不同空间构型的PNT-OX/VGCF复合电极在有机溶剂电解液中,具有较高的充放电容量和较好的循环性能,在~1C下放电容量为108 mAh g-1,在~2C下,201次循环容量保持率为84.4%,而在离子电解液中,放电容量仅为64 mAhg-1。研究了PNT-OX/VGCF复合电极的在有机溶剂和离子液体电解液中以及不同温度下的电化学特性。并探索了无粘结剂,无导电剂,采用碳布作为集流体,直接与PNT-OX复合的新型电极设计方法。在有机溶剂电解液中,充放电实验表明了电极具有较好的循环特性,100次循环容量保持为90.7%,但是放电容量较小,在~1C放电下容量仅为67.5 mAhg-1。
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