纳米氧化物的制备及在超级电容中的应用

电动汽车由于能够很好的解决汽车的环境污染问题，因此近年来国内外开展了大量相关的研究工作。超级电容是一种介于电池和静电电容之间的新型储能元件，其功率密度比电池高数十倍，能量密度比静电电容高数十倍。利用超极电容和电池组成混合动力系统，能够很好的满足电动汽车启动、加速等高功率密度输出场合的需要。另外超极电容还可用作电路元件、小型用电器电源、直流开关电源等，近年来已经成为研究的焦点。国外已经有相应的产品在电动汽车上得到了运用，国内的研究则刚刚起步，因此开展超级电容的研究对促进我国电动汽车事业的发展具有很大的意义。我们采用了循环伏安、恒流充放电、X射线衍射、透射电子显微镜、差热、红外光谱等实验方法和测试手段对超大容量电容器的电极物质的制备、电解质溶液的选取、正负极之间的搭配、组装技术的优化等问题展开了一系列研究。得出以下结论： 1．活性炭电极在KOH溶液中，能够表现出较好的电容性质；电极的比容量随KOH溶液的浓度的增加而有明显提高，在30％的KOH溶液中，-1.0～0.0V（vs SCE）电位范围内，其性能达到最佳，比容量达200F／g。但是活性炭电极的正极性能较差是影响电容器性能的重要因素，增大正极活性物质的载量使正负极活性物质质量比约为2：1时，电容性能达到最佳。 2．活性炭电极在（NH4）2SO4中性电解液，也能够表现出较好的电容性质，工作电位范围可达1.5V，这样可以大大提高电容器的能量密度和功率密度。 3．用氨络合沉积法可以合成纳米级的氢氧化镍，将其烧结可得到纳米级的氧化镍。氧化镍电极，在KOH溶液中，表现出良好的电容性质，其比容量可达110F／g，且经5000次循环后保持90％以上。 4．用高锰酸钾和硫酸锰之间的归中反应可制备二氧化锰，反应溶液的PH值对材料的性能有较大的影响，实验表明：当PH=10.6时，材料性能最佳；在0.0～0.85V（vs SCE）的电位范围内，Na2SO4和（NH4）2SO4溶液中，均表现出良好的电容性能，其比容量分别达189.5F／g和158.9F／g。且经5000次循环后保持90％以上。 5．用活性炭作负极，二氧化锰作正极，在（NH4）2SO4溶液中，能够组装成混合电容器，其工作电压可达1.5V，并且有良好的循环性能。正负极活性 哈尔滨上程大学硕士学位论文 一 物质的质量比保持在Mnon／AC—1．28＊左右时，混合电容的性能最优，比 容量可达42．SF咕，工作电压达1．SV，功率密度较碳基电容器提高了3倍， 能量密度提高了1．5倍。 通过电极制备技术的优化，我们找到了最佳的组装方法，并且组装出了有一 定实用价值的混合电容器，其性能可以和国外同类产品相比，有着很大的应 用前景。