二氧化锰赝电容在碱性电解质溶液中的行为研究--课程报告.docx

二氧化锰赝电容在碱性电解质溶液中的行为研究摘要：本文利用KMnO4和HCl在高温高压的条件下成功的合成了MnO2。分别比较了制备的MnO2电极在KOH、NaOH、LiOH三种碱性电介质溶液中的电化学性质的区别，同时比较了MnO2电极在上述性能较好的碱性溶液中不同浓度中的电化学性质。结果表明在LiOH碱性电解质溶液中的电化学性能好。通过循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗测试研究了所制备的MnO2的超级电容性能，测试结果表明：在放电电流为0.5A?g-1，电极在1 mo1·L-1的LiOH电解质溶液中的比电容分别达到了369.0F?g-1，1000次循环充放电后电极的放电比电容保持率分别为98.6%。该测试结果表明当二氧化锰电极用1 mo1·L-1的LiOH溶液做电解质时具有较好的超级电容特性。 关键词：MnO2、LiOH、电解液、电极、电容器绪论超级电容器的定义超级电容器也叫双电层电容器、电化学电容器、法拉第准电容（赝电容）、黄金电容，是一种新的储能元件，它的储能原理是通过极化电解质。它虽然是电化学元件，但在储能的过程中并不发生相应的化学反应，并且储能过程是可逆的，所以超级电容器可以反复充放电。超级电容器可以被看作为浮在电解质中的两个无反应活性的电极，在充电时，正极吸引负离子，负极吸引正离子，实际上形成了两个可溶性储能层被分离开，在负极板附近悬浮正离子，在正极板附近悬浮负离子。超级电容器是建立在德国的亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种新型电容器。插入电解质中的电极表面与电解质液面两侧会出现异性电荷，从而导致相间产生电位差。因此，在电解液中插入两个电极，并施加一个小于分解电解质溶液电压的电压，这时电解质溶液中的正、负离子在电场力的作用下迅速向两极运动，同时在两上电极的表面分别形成紧密的电荷层，这就是双电层，双电层的形成和普通电容器中电介质在电场力作用下形成的极化电荷相似，因此产生电容效应，紧密的双电荷层相当于平板电容器，因为紧密的双电荷层间距比普通电容器电荷层间的间距小得多，所以超级电容器具有比普通电容器更高的容量密度。超级电容器与传统铝电解电容器相比内阻较大，所以，可以在无外载电阻情况下充电，如果出现过电压充电的情况，超级电容器将会自动开路从而不损坏器件，这一特点是传统铝电解电容器无法比拟的。同时，超级电容器与普通可充电电池相比，可以进行不限电流充电，且充电次数可达数万次，所以超级电容不但兼具电容的特性，同时也兼具电池特性，是一种介于电池和电容之上的新型特殊的电类元器件。超级电容器的研究背景及意义目前世界上随石油的紧缺，各国都在寻找一种新的能源为汽车提供动力从而替代石油。用电能提供汽车的动力在世界各国内引起了高度重视，目前研究已取得很大的进展。用电能提供汽车的动力关键是电源的问题，电源技术是该研究的关键技术。适用于此的电源要求主要为：能量密度高、功率密度高、循环寿命长、充放电时间短、价格成本低、可靠性及安全性高等。传统的动力电池在上述几方面存在一定的局限性，然而超级电容器则具有功率密度高、循环寿命长、充放电时间短等优点。因此，超级电容器在替代石油做动力提供者方面有着广阔前景，也是将来各国研究和开发电动车的重要方向之一。同时目前以石油为动力来源的传统汽车是城市污染、石油资源缺乏的主要制造者。发展包括以电能为动力来源的电动汽车在内的新能源环保汽车，是解决上述问题的重要途径。让电动汽车真正实用化的过程中，研究能量密度高、循环寿命长的超级电容器是必要环节。世界上许多国家在电容器研究方面取得了很大进展，其中超级电容器研究方面排在世界前列的有美国、日本、俄罗斯等，而我国目前还没有在开发超级电容器方面取得成功的案例的相关报道。超级电容器的储能工作原理超级电容器的储能主要分为双电层电容器储能和法拉第准电容储能两种。对于以碳为材料的电极主要是遵守双电层电容器的储能原理，它是利用碳材料的较大的比表面积，通过碳材料来吸附电解液的正负离子，集聚在电极材料与电解液的界面双层，以补偿电极表面的电荷。放电时，随着两电极间的电位差降低，正负离子离开界面双层返回到电解液中，电极中的电子流入外电路中，从而实现能量的存储和释放。对于以过渡金属氧化物为材料的电极主要是遵守法拉第准电容（赝电容）的储能原理，它是通过在电极表面与电解质液面周围发生高度可逆的化学吸附脱附或一定电位内的氧化还原反应来实现储能和释放的。这里所说的氧化还原反应与普通可充电电池内氧化还原反应不同，这种氧化还原反应主要发生在电极的表面与周围完成。离子扩散的距离较短，同时无相变生成，反应电压与电荷移动的快慢呈线性变化。对于高度可逆的化学吸附脱附机理来说，过程为：电解液中的离子在电场力的作用下由溶液中迅速移动到到电极/溶液界面，然后通过界面的电化学反应从而进入到达电极表面的活性氧化物的表相中，因此氧化