熔盐合成MnCo2O4及其复合电极材料超级电容性能的研究

作     者：梁媛 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：颜永得;石庆沫

授予年度：2018年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：熔盐合成法 水热合成法 MnCo2O4 非对称超级电容器 超级电容性能 

摘      要：随着全球经济的飞速发展,化石能源的快速消耗和环境污染的日益恶化已极大地影响了人类的生活。因此,开发清洁的储能设备是目前急需解决的问题。超级电容器作为一种新型的绿色储能装置,因本身具有较短的充电时间、较高的功率密度和安全性以及较长的循环寿命而受到研究人员的广泛关注。本文采用熔盐合成法制备MnCoO亚微米颗粒,通过水热法制备MnCoO/NiO复合超级电容器电极材料。使用X-射线衍射,扫描电子显微镜和透射电子显微镜等表征技术对其相组成与微观结构进行了分析,通过恒电流充放电、循环伏安及交流阻抗等电化学测试手段探究了电极材料的超级电容性能,本文主要研究内容如下:(1)以NaNO-KNO熔盐为反应介质合成MnCoO,研究了反应条件对MnCoO电极材料的结构和电容性能的影响。研究发现当原料(MnCl和CoCl·6HO)与熔盐的用量比为1:20,煅烧温度达350?C,保温4 h时,可以合成结晶性较好、纯度较高、电化学性能最为优异的MnCoO电极材料。探究了MnCoO电极材料在不同电解质中的电容性能,研究表明MnCoO电极材料在3 M KOH碱性溶液中具有较好的电化学行为。将MnCoO与活性炭(AC)组成非对称超级电容器,并对影响MnCoO/AC非对称超级电容器性能的因素进行了研究。当MnCoO与AC质量配比为1.5:1,组装成非对称超级电容器时,在2.5 M KOH与0.5 M LiOH混合溶液中具有更好的电化学性能,当电流密度为1 A·g时,比电容值可达72.5 F·g。(2)利用熔盐合成法+水热法制备MnCoO/NiO复合电极材料,探究了工艺条件对目标产物电化学性能和结构的影响。以10 mmol MnCoO(熔盐合成法制备)、20 mmol NiCl·6HO和40 mmol尿素为原材料,150?C反应12 h,500?C煅烧2 h,制备出具有最佳电化学行为的MnCoO/NiO复合电极材料。NiO的加入显著地提高了MnCoO的电化学性能,当电流密度为1A·g时,比电容值比未改性的MnCoO提高了46%。因此,NiO复合改性后的电极材料更适合大电流时使用,具有更优异的电容性能。利用MnCoO/NiO代替MnCoO与AC组装成非对称超级电容器,拥有较MnCoO高的比电容值与能量密度。[MnCoO/NiO]/AC非对称超级电容器在高功率密度和高能量密度的电动汽车中具有广泛的应用潜力。