导　　师： 李开喜

学科专业： H0502

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 中国科学院山西煤炭化学研究所

摘　　要： 作为电化学电容器的电极材料，多孔炭材料有着诸多其他电极材料所不具备的优势，但最大也不超过2500 M2/G的有效比表面积限制了其比电容和能量密度的进一步提高。因此探究新的改善电化学电容器电化学性能的途径显得尤为必要。过渡金属作为电化学电容器的电极材料，虽然具有一定的法拉第赝电容，但考虑到资源有限的问题，以单纯的过渡金属化合物替代多孔炭材料也存在缺憾。
　　 基于此，本论文将具有赝电容效应的CU、MN等过渡金属通过化学沉积法负载到高比表面积多孔炭上，系统考察了过渡金属对多孔炭电极充放电性能的影响，发现在多孔炭上适量负载的CU、MN金属氧化物可有效改善其电化学充放电性能。在此基础上，还将CU、FE金属等以离子的形式添加到电解液中，详细研究了CU、FE离子各自在多孔炭电极上的电化学行为以及CU、FE离子相互的电化学协同作用，提出了该体系的充放电机理，开发出一种新型的氧化还原电解液电化学电容器体系。主要结论如下：
　　 1.铜氧化物的负载量不但影响复合电极材料的充放电容量而且还影响其充放电循环稳定性。复合材料的充放电循环稳定性随着负载铜的量增大而变差，比电容迅速衰减，而少量负载的铜氧化物会在一定程度上提高电极材料的比电容量，改善充放电性能和循环稳定性。
　　 2.相比多孔炭材料上负载的铜氧化物而言，电解液中存在的CU2+离子可明显延长电化学电容器的恒流充放电时间，并有效提高其比电容。当在含有CU2+的电解液中混合一定量的H2SO4溶液之后，电化学电容器的电化学性能和循环稳定性得到进一步的改善和提高。
　　 3.不同于CU2+离子的是，含有FE3+/FE2+离子对的电解液在多孔炭电极上的电化学氧化还原反应有着良好的可逆性。充放电过程中，正负电极上都发生了FE3+/FE2+离子对的电化学氧化还原反应，FE2+进一步与多孔炭的活泼碳原子络合成特殊的FE2+(ADS)XCY络合物，生成紧密的双电层，起到电能存储的作用。
　　 4.相比含有CU2+离子的H2SO4电解液的情形，以同时含有CU2+、FE3+离子的H2SO4溶液作电解液的电化学电容器有着良好的电化学循环稳定性能。对于同时包含CU2+、FE3+离子的电解液而言，SO42-离子和CL-离子的同时存在既能充分发挥CU2+/FE3+离子的准电容效应，又可保持良好的快速充放电性能。由于多孔炭电极表面涉及两个氧化还原反应，因而使得SO42+/CL-/CU2+/FE2+体系的法拉第赝电容效应在更宽的电压范围内发挥作用。
　　 5.适量负载的锰氧化物可显著增加多孔炭材料的比电容。锰氧化物负载量虽然影响复合材料的电容量，但却并不影响其良好的充放电循环稳定性。相比γ-MN2O3/多孔炭，无定型结构MNO2/多孔炭复合材料有着更高的比电容。
　　 6.在铁锰、钴锰及铁钴锰氧化物三种氧化物中，钴锰氧化物的充放电性能最好，其比电容高达360F/G，但钴锰氧化物对多孔炭充放电性能的改善效果却并不理想。

关 键 词： 电化学电容器 电极材料 过渡金属化合物 储电性能 法拉第赝电容

分 类 号： [TM53]

领　　域： [电气工程]