發(fā)布時(shí)間：2021-10-07 23:00

　　隨著全球范圍對(duì)能源需求的快速增長(zhǎng),發(fā)展清潔、可持續(xù)的儲(chǔ)能材料成為眾多科學(xué)家首要關(guān)心的問(wèn)題。在眾多的供能設(shè)備中,超級(jí)電容器（快速充放電、功率密度大等）、水系鋰離子電池（安全、成本低等）以及“堿性電池-超級(jí)電容器”混合儲(chǔ)能器件（結(jié)合電容器和電池的特性,同時(shí)兼具高的能量密度和功率密度）等,因?yàn)楦髯缘膬?yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。鐵在自然界中廣泛分布,大都以氧化物的形式存在、在工業(yè)上易于制備且環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。其中,四氧化三鐵（Fe3O4）在過(guò)渡金屬氧化物中具有良好的導(dǎo)電性能同時(shí)具有很高的理論容量,是十分有前景的負(fù)極材料。盡管如此,已報(bào)道文獻(xiàn)對(duì)Fe3O4用作超級(jí)電容器和電池電極研究的儲(chǔ)能機(jī)理都不明晰,甚至有些混淆;同時(shí),Fe3O4電極材料在水系體系中的高容量通過(guò)多價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化獲得,價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化會(huì)引發(fā)相變,不利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,導(dǎo)致循環(huán)性穩(wěn)定性差,這種情況對(duì)于陣列結(jié)構(gòu)電極（相對(duì)粉體材料）更為明顯。然而,納米陣列結(jié)構(gòu)相對(duì)粉體和塊體材料薄膜,具有諸多優(yōu)勢(shì):一方面,陣列活性材料可以與集流體緊密結(jié)合,為充放電時(shí)的電子傳輸提供直接通道;另一方面,陣列活性材料因?yàn)楦蟮谋缺砻娣e,可以與電解液更好的接觸,促進(jìn)電解液的滲入;最后,直接生長(zhǎng)... 

【文章來(lái)源】：華中師范大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：101 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．３雙電層電容器中碳電極結(jié)構(gòu)：（ａ）微孔碳和（ｂ）洋蔥結(jié)構(gòu)形貌碳材料的透射電子顯微鏡圖像：（ｃ）生??長(zhǎng)在ＳｉＣ基底上碳納米管的掃描電子顯微鏡圖像：（ｅ）雙電層電容器的循環(huán)伏安曲線??Ｃｏｎｗａ報(bào)道【Ｍ），應(yīng)用于雙電層電容器的碳電極材料必須有三個(gè)特性：一？超過(guò)１０００?ｍ２??

１．２．４贗電容器??贗電容器主要基于活性物質(zhì)表面快速可逆的法拉第氧化還原反應(yīng)來(lái)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)??的（圖１．２），屬于非靜態(tài)儲(chǔ)能。所以，一般來(lái)說(shuō)，贗電容器的電容遠(yuǎn)大于雙電層電容器。贗電??容器典型的儲(chǔ)能材料是過(guò)渡金屬氧化物以及導(dǎo)電聚合物Ｉ３５－３７！。??在過(guò)去的幾十年中，大量的金屬氧化物以及氫氧化物作為贗電容電極材料被廣泛研宄，比??方?Ｒｕ０２．Ｈ２０、Ｍｎ０２．Ｈ２０、Ｖ２０５、ＮｉＯ、Ｆｅ２０３、Ｃｏ（ＯＨ）２、Ｎｉ（ＯＨ）２?等丨３８’３９］。Ｚｈａｎｇ?等人的??綜述文章很詳細(xì)的報(bào)道了贗電容材料但是，Ｔｈｉｅｒｒｙ等人對(duì)早前的贗電容材料研究持不同意??見(jiàn)〖４１］。他們修正了用于商業(yè)Ｎｉ－Ｃｄ或者Ｎｉ－ＭＨ電池的氫氧化鎳材料，他們認(rèn)為這種材料不能??６??

通過(guò)表面錳價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化（三價(jià)到四價(jià)）儲(chǔ)能。循環(huán)伏安數(shù)據(jù)表明只有很薄一層氧化錳參與了氧化??還原過(guò)程，呈電化學(xué)活性。因此，氧化錳的比容量比氧化釕低很多。換一句話說(shuō)，氧化錳儲(chǔ)能??只來(lái)自表面的氧化還原反應(yīng)，沒(méi)有發(fā)生體相嵌入。圖１．５展示了氧化錳的伏安曲線，快速可逆??的表面反應(yīng)使圖形接近矩形，與雙電層電容儲(chǔ)能形狀相似。１＾１！〇２的電容性能也受結(jié)晶性影響。??如果ＭｎＯｘ的結(jié)晶性過(guò)高，會(huì)抑制質(zhì)子脫質(zhì)子反應(yīng)。另外，雖然高的結(jié)晶性有利于導(dǎo)電性的提??高，但是比表面積也會(huì)隨之降低；低結(jié)晶性的１＾（＼會(huì)呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，雖然比表面積會(huì)因此而??增大，但是相對(duì)的導(dǎo)電性會(huì)變差。所以錳氧化物的結(jié)晶性需要權(quán)衡，不是越高越好。此外，Ｍｎ０２??有多種相，不同制備條件成相多有不同，如ａ、Ｐ、ｙ、５等相。??１???－Ｍｎ（Ｂ）ｓ＞＜．ｎＭｎ（ｉｖ）ｗ；ｒｔ＾００Ｃ；１Ｈｒ?－？■?Ｍｎ（ｉｖ）０２?＋?ｘＣ＊?＋?ｙＨ＊?＋?（ｘ＋ｙ）ｅ＊??！?＾?＾７ＷｖＴＴｆ］??■ｐ?＿?１?＇?＇?＇?？?？?？？?＂?？?？?？??：＇、／入入ｍ??Ｍｎ（ｗ）０２?＋?＋?ｙＨ＊?＋?（ｘ＋ｙ）ｅ－?－？?Ｍｎ（ｗ）ｕ＋ｙ），?Ｍｎ（ｗ｝Ｈｊｒ＋ｙ）００Ｃ＾ｙ??＿＜?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ???０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??ｆ?ｖｓＡｇ／ＡｇＱ（Ｖ）??圖１．５Ｍｎ０２電極在中性電解液（０．１?ＭＫ２Ｓ０４）中的循環(huán)伏安曲線。紅色的部分表示Ｍｔｉ３＋到Ｍｎ４＋的氧化反應(yīng)；??藍(lán)色部分表示Ｍｎ４＋到的還原反應(yīng)Ｉ＇??與過(guò)渡金屬氧化物一樣

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]水系鋰離子電池電極材料研究進(jìn)展[J]. 劉未未,王保峰,李磊.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2014(01)
[2]超級(jí)電容器綜述[J]. 楊盛毅,文方.  現(xiàn)代機(jī)械. 2009(04)



本文編號(hào)：3422946