模板法制备新型超级电容器电极材料及其电化学性能研究

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1、学号：08101120常州大学硕士学位论文模板法制备新型超级电容器电极材料及其电化学性能研究研究生高兰陈智栋教授指导教师许娟副教授学科、专业名称化学工艺研究方向应用电化学2011年5月TemplateSynthesisofElectrodeMaterialforNovelSuperca-pacitorsandthereElectrochemicalPropertiesADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByGaoLanChemicalTechnologyDissertationSupe

2、rvisor:Prof.ChenZhi-DongProf.XuJuanMay，2011中文摘要超级电容器是20世纪70年代发展起来的一种新型储能元件，其具有较高能量密度和功率密度以及较好的循环使用寿命，受到国内外学者的广泛关注。目前对超级电容器的研究主要集中于对电极材料的研究上。电化学比电容是衡量电极材料储能性能的重要手段。电极材料的比电容与纳米材料的孔径大小和孔容有密切的关系。本论文分别采用“软、硬”模板法合成了具有不同形貌结构和孔径分布的电极材料，并利用TGA、XRD、SEM、TEM和BET等技术对电极材料的微观结构和形貌进行表征

3、，采用循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗(EIS)等测试技术对材料的电化学电容性能进行表征。主要研究内容如下：1、分别以CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O和MnCl2·4H2O为原料，NH3·H2O为沉淀剂，AAO为“硬”模板，采用简单的化学沉淀法，通过考察原料的浓度及浸入时间，沉淀剂的浓度及浸入时间制备了Co(OH)2、Ni(OH)2和Mn(OH)2前躯体，经热处理得到Co3O4、NiO和MnO2纳米管。Co3O4纳米管的孔径分布在40～100nm，比表面积为218m2/g，将其应用于超级电容器具有较好的超电容性能和

4、较好的循环稳定性，比电容可以达到574F/g，循环充放电1000圈后的比电容仍然可以达到552F/g，具有较长的循环使用寿命；NiO纳米管的比表面积为239m2/g，电化学比电容最大可以达到266F/g；MnO2纳米管的比表面积为179m2/g，电化学比电容最大可以达到566F/g，循环充放电1000圈后比电容维持在90%以上。2、以P123(聚环氧乙烯醚-聚环氧丙烯醚-聚环氧乙烯醚三嵌段共聚物，即EO20PO70EO20，平均分子量5800)为“软”模板，采用简单的化学沉淀法制备了Co3O4纳米材料。研究结果表明，电极材料具有较好的

5、超电容性能，P123浓度从0g/L增加到50g/L时，材料的比电容增加明显，从263F/g增加到325F/g。P123浓度从50g/L增加到75g/L，比电容增加缓慢，从325F/g增加到326.7F/g。3、以P123为“软”模板，采用溶胶-凝胶法制备NiO纳米材料及-I-NiO/Co3O4复合纳米材料。通过考察热处理温度对比电容的影响，确定了制备NiO的最佳热处理温度为350°C。在最佳煅烧温度条件下，NiO的比电容比非模板法制备的NiO提高了110%，从273F/g增加到583F/g。采用该方法制备的NiO/Co3O4复合材料的

6、比电容明显高于模板法制备的纯NiO和纯Co3O4的比电容，最大比电容达到671F/g。4、以CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)为“软”模板，采用水热法制备了直径为500nm，长度为2μm的纳米棒状α-MnO2，电化学测试结果显示，其最大比电容达到140F/g。关键词：超级电容器；金属氧化物；模板法；二次氧化Al2O3；P123-II-ABSTRACTNumerousresearcheswerefocusedonelectrodematerialsofsupercapacitor.Inthisthesis,templatemethodwa

7、sappliedtoprepareelectrodematerialswithdifferentmorphologyandstructures.TG,XRD,SEM,TEMandBETmeasureswereusedtoanalyzethemicrostructureandmorphologyoftheseelectrodematerials.Theelectrochemicalcapacitanceperformanceswerecharacterizedbycyclicvoltammetry(CV),galvanostaticch

8、arge-dischargeandelectrochemicalimpedance(EIS)techniques.Themaincontentsarelistedasfollows:(1)Co3O4,NiOandMnO2