-范文最新推荐- 弱酸脱锂法制备纳米氧化锰用于超级电容器的研究 摘要：超级电容器又称电化学电容器，是靠极化电解液来存储电能，介于普通电容器和电池之间的一种新型化学能源装置。以二氧化锰为电极材料的超级电容器以其优越的性能和低廉的成本，成为现在超级电容器领域的一个研究热点。本采用弱酸脱锂法，利用水热合成的锰酸锂制备具有纳米尺寸λ-MnO2。通过SEM、XRD确定酸洗前后所发生的物质变化，并测试不同酸洗条件下制备的活性材料的电化学性能差异，比电容大小的变化，得出最佳的酸洗条件。11574关键词超级电容器电极材料 锰酸锂弱酸脱锂法 λ-MnO2毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleSynthesis of the Manganese Dioxide by delithliation and the application to supercapacitorAbstractAbstract：Supercapacitor is also called electrochemical capacitor,it is a new chemical energy device between the ordinary capacitor and battery,storing electrical energy by polarizing the electrolyte.The supercapacitor based on Manganese dioxide becoming a spot in the field of supercapacitor as its perfect properties and low cost.We study the synthesis process of nanocrystralλ-MnO2 made from delithliation of LiMn2O4 synthesised in the mathod of Hydrothermal .We decide the substeance change with the help of SEM and XRD.Testing the electochemical properties of materials synthesizing in different conditions and the Specific capacitance ,in order to get the best delithliation condition.KeywordsSupercapacitor ;lectrode material;Lithium Manganese Dioxide;Triping off lithium by delithliation; λ- Manganese Dioxide目录1 引言1 1.1.2 超级电容器发展历史：超级电容器又名电化学电容器，是上世纪七、八十年代发展起来的一种新型的储能装置。超级电容器从诞生到现在，已经历了三十多年的发展历程。目前，微型超级电容器在小型机械设备上得到广泛应用，例如电脑内存系统、照相机、音频设备和间歇性用电的辅助设施。而大尺寸的柱状超级电容器则多被用于汽车领域和自然能源采集上，并可预见在该两大领域的未来市场上，超级电容器有着巨大的发展潜力。 使用寿命久、环境适应力强、高充放电效率、高功率密度，这是超级电容器的四大显著特点，这也使它成为当今世界最值得研究的课题之一。目前，超级电容器的主要研究国为中、日、韩、法、德、加、美。从制造规模和技术水平来看，亚洲暂时领先。 1.1.3 超级电容器与普通电容器、普通电池的对比（1）普通电容器：两个绝缘并且靠近的导体——极板，中间夹一个绝缘物质——电介质，两条引线。（2）工作原理：充电时不显示级性（无正负级），电容器的2个极板与电源相连时，电路中有电流通过，使电容器的2个极板分别带上等量异种电荷。电容器之所以能充放电其本质就是其内部化学物质发生化学反应,电子发生了流动。带电的电容器就相当于原电池，正极的化学物质得电子，发生还原放应,负极失电子,发生氧化放应。电解池相当于充电的电容器，其得失电子的方向上与原电池相反。电容器充放电原理基本等同于可逆化学反应在不同的外界条件下到底往哪边移动的问题。（3）超级电容器：超级电容器，又叫双电层电容器、黄金电容、法拉电容。它与普通电容的最大区别是它是一种电化学的物理部件，但本身并不进行化学反应，超级电容的储电量特别大，达到法拉级的电容量。（还有一大类是法拉第准电容，为化学储能，所以储能可以深入到电极内部，而且高度可逆，储能比双层电容器高，但是功率密度低。） b. 超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年。c. 可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应。d. 免维护，可密封。e.温度范围宽-40+70，一般电池是-2060 超级电容器的劣势1.能量密度通常还是要低于化学电池。虽然2010年实验室中已经可以达到85W.h/kg，而锂电池最高可以达到100-250W.h/kg.2.自放电率比其他的电化学电池高3.电压会随着放电下降，造成能量损失。超级电容器两端通常需要与一个DC/DC变换器相连，以保证输出电压的稳定。4.最大电压比较低。 1.1.4 超级电容器的应用超级电容具有高功率密度和较高能量密度、使用寿命很长、尺寸紧凑等特性，当它与其它新兴的电池技术结合使用时，可满足高性能电源应用的需求。a快速充电的产品：有一些应用适合采用电池/超级电容系统。这些应用实例包括汽车应用(如混合动力汽车)和消费电子(如数码相机)，在数码相机里，廉价的碱性电池结合超级电容一起使用(而不是使用昂贵的锂离子电池)。（比如数码相机的闪光灯） b备份能源：在所有备份燃料电池应用中，当主电源断掉后，备份电源需要立刻提供电源。因为燃料电池从启动到满功率运行一般需要10秒到60秒的启动时间，所以它需要一个能量缓冲器。电池或超级电容便可充当这个能量缓冲器。由于所需的缓冲能量很少而可靠性一定要有保证，所以超级电容是这种应用的较好选择。如今，越来越多的燃料电池公司在考虑将超级电容作为整个备份电源封包的一个组成部分。c电动汽车：传统的蓄电池（如铅酸电池）由于功率密度偏低。在正常行驶时，电动汽车从蓄电池中吸取的平均功率相当低，而加速和爬坡时的峰值功率又相当高，一辆高性能的电动汽车的峰值功率与平均功率之比可达到16：1。事实上，电动汽车行驶中用于加速和爬坡时所消耗的能量占到总能耗的23。蓄电池与超级电容器混合动力车的出现很好的解决解决了电动汽车续驶里程与加速爬坡性能之间的矛盾。其中由蓄电池提供最佳的续驶里程，而由超级电容在加速和爬坡需要大功率时提供短时的辅助动力。超级电容的能量可以直接取自蓄电池，也可以在电动汽车刹车或下坡时回收可再生的动能。加装超级电容还解决了低温启动困难的问题，铅酸蓄电池的低温性能也较差，在—40时它的电流输出能力约是常温时的1/10左右。所以造成了机动车的低温启动困难。而超级电容的正常工作温度在-40至+70之间。机动车在-15时启动已经困难，而用超级电容器即使是在-30时，仍能顺利启动。 在超级电容器的产业化方面，美国、日本、俄罗斯、瑞士、韩国、法国的一些公司凭借多年的研究开发和技术积累，目前处于领先地位。国外主要的生产企业有：美国的Maxwell公司，俄罗斯的Econd公司、Elit公司，日本的Elna公司、Panasonic公司、Nec-Tokin公司，韩国的Ness公司、Korchip公司、Nuintek公司等。 美国、日本、韩国等国家一直致力于开发高比功率和高比能量的超级电容器。在超级电容器的研究中，许多工作都是开发在各种电解液中有较高比能量的电极材料。目前应用于超级电容器的材料主要有碳基材料、金属氧化物及水合物材料和导电聚合物材料三种。国外研究超级电容器起步较早，技术相对比较成熟。它们均把超级电容器项目作为国家级的重点研究和开发项目，提出了近期和中长期发展计划。俄罗斯的Esma公司是生产无机混合型超级电容器的代表，然而，Esma公司目前还没有形成规模生产能力。此外，俄罗斯的Elit公司、法国的Saft公司、美国的Cooper公司、日本的Nec公司和松下公司也投入巨大资金对大容量超级电容器进行规模化生产的研究。尽管超级电容器的制作成本每年都在以低于10的比例减少，但这项技术依然不能在运输行业和自然能源采集方面扩大生产规模。想要缩小两者在研发方面的差距，首要任务应解决如下问题：1，增加超级电容器生产厂商数量，通过市场竞争的手段刺激相关技术的研发;2，扩大高比功率超级电容器的生产规模，实现突破百万件的年生产量;3，将超级电容器当前的制造成本降低50（主要寻找成本更低的电极材料）;4，解决超级电容器耐压的问题（需要技术上突破）；或者寻找更优化的匹配组合方法，因为每只电容器的耐压很小，电池就需要多个串联组合来提高电压，这就需要非常复杂的电路来保证每个单体电容的均压问题。一旦电压过了，就会损坏。（直接影响到整个电池组的寿命） 炭材料的研究在目前及今后较长一段时间里都依然会成为超级电容器电极材料的研究热点之一。新的形态的炭材料的出现，加上微孔炭材料电容机理的探讨将会给炭材料带来更大的发展前景。今后的研究工作主要集中在如下几方面：(1)微孔炭材料电容机理的进一步研究。微孔炭材料的电容模式不同于传统的双电层电容模式，所以在修饰和完善炭材料的电容模式和机理时必须把溶剂化和去溶剂化效应考虑进去。(2)制备各种具有能与电解质离子相匹配的孔径的炭材料，并对其进行优化。(3)借助于理论或量子化学的手段，研究影响炭材料电容性能的各种因素，如键合类型、孔的形状、孔缺陷等，以便更好的理解其电荷存储机理。(4)开发和研究新形态的炭材料。 1.2.2 金属氧化物电极金属氧化物是典型的拉第赝电容电极材料，金属氧化物的赝电容往往比碳材料的双电层电容高10-100倍。金属氧化物是一种典型的赝电容电极材料，它是利用在金属氧化物表面或者金属氧化物内部二维或准二维空间上发生的快速可逆的电极反应来存储能量的。与双电层电容相比，这种材料具有更大的比容量和能量密度. 二氧化锰是一种过渡金属氧化物，因其资源广泛，价格低廉，具有多种氧化价态，而且环境友好等优点，在电池电极材料和氧化催化材料上已经广泛地得到应用。二氧化锰应用于超级电容器电极材料的研究也取得了一定的成就。 金属氧化物电极材料研究趋势(1)纳米技术，尤其是纳米薄膜技术在超级电容器金属氧化物电极材料的制备中越来越重要。法拉第赝电容就是利用发生在材料表面上快速可逆的反应来存贮电荷的，这些反应一般都发生在电极表面几纳米厚度层中，因此制备具有较好 11 / 12