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超级电容器是一种介于电池和静电电容器之间的新型储能元件。超级电容器能够满足电动汽车启动、加速等高功率输出的需要,也能用于电路元件、小型电器和直流开关电源等。由于超级电容器适合超大功率放电,其电极过程与化学电源有较大差别,开展超级电容器电极材料、电解液等基础领域的研究具有重要的理论意义和现实意义。本文采用低温固相法制备了纳米二氧化锰,通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等手段对样品的结构及形貌进行了表征,通过循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学测试方法对MnO2超级电容在电极材料、电解液和组装技术等方面进行了详细研究。 低温固相反应制备的纳米MnO2经X射线衍射分析表明其是α-MnO2和γ-MnO2组成的混合晶相。通过循环伏安和恒流充放电测试表明该电极材料在(NH4)2SO4溶液中具有优异的电容特性,放电比容量可达153.2F/g。当在(NH4)2SO4溶液加入0.4mol/L的K2SO4溶液后,耐腐蚀时间增大了11倍,而比容量仅减小15.6%。本文还选取了LiNO3/DMF有机电解液,测试结果表明在1mol/L的LiNO3/DMF溶液中其工作电压可达2V,比容量可达133F/g,等效串联电阻为10.032Ωcm2,经过1000次循环比容量损失小于10%。 通过低温固相法制得的MnO2-La2O3复合材料,其放电容量可达230.3F/g,比MnO2电极材料提高近50%。MnO2-La2O3材料组装成单体电容后在(NH4)2SO4水溶液中放电容量提高35%,在LiNO3/DMF有机溶液中提高了13%。 以琼脂为基体,通过改性处理,制备出新型超级电容器用隔膜材料。当改性剂(PAM)添加量为800ppm时,改性琼脂膜的吸液率与保液率分别为400.1%和335.1%,应用此隔膜的MnO2/C超级电容器放电比容量可达23.4F/cm3,比琼脂膜提高了49%,经千次循环容量衰减仅为10%。在LiNO3/DMF电解液中聚酰胺微孔膜放电比体积容量可达15.3F/cm3。