EQCM研究电解质对MnO2电化学电容功能的影响.pdf

摘要 摘要 Capacitor， EC)，是一种能量密度介于传统电容器和电池的新型储能器件。超级电容器具有 功率密度大、循环寿命长、可快速充放电、对环境无污染等优点，其应用前景 非常广阔。目前已经在运输、通信、航空、电子消费及相关领域获得应用。 目前使用的超级电容器电极材料主要有三类：导电聚合物材料、碳基材料、 金属氧化物及其水化物。其中，Mn02因其价格低廉、原材料储量丰富、环境友 好等特点而倍受国内外研究人员的关注。用于超级电容器的锰氧化物形态主要 分为两类：一类为锰氧化物薄膜，另一类为锰氧化物粉末。制备锰氧化物的方 法有多种，采用不同的制各方法可以得到不同晶型的氧化锰，从而获得具有不 同电化学电容性能的氧化锰，电化学沉积是应用最广泛的制备Mn02的方法。 电化学石英晶体微天平(EQCM)利用石英晶体的压电效应，将石英电极表 面质量变化转变为振荡电路输出信号的频率变化，利用Sauerbrey公式计算出质 量的变化，其测量精度可达纳克级，是一种灵敏度非常高的质量检测仪器。本 实验采用三电极体系，其中以Pt丝为辅助电极，Ag／AgCl为参比电极，镀金石 mM M V 英电极为工作电极。在5 MnS04+0．1Na2S04中性混合溶液中，o~1．6 的电位窗口内，采用线性扫描循环伏安法电化学沉积不同质量的M．n02，同时用 EQCM记录质量变化。应用EQCM原位研究了充放电过程中Mn02质量的动态 变化，分析了电解液中Li+、K-、M92+、州不同阳离子对M．n02电化学电容性 M 能的影响。其中，在O．1 Li2S04中，电位窗口为．0．25-0．55V，14．00“gMn02 在不同扫速下的循环伏安曲线均为关于零电流线对称的矩形。电极电位正向扫 描时，活性材料表面发生氧化反应并伴随阳离子的脱出，电极材料质量减少， 反向扫描电极表面发生还原反应并伴随阳离子的嵌入，电极材料质量增加， EQCM测得的电极材料质量的减少量与增加量相等。电极材料质量的原位动态 变化实验很好地证明了二氧化锰氧化还原电容的阳离子可逆嵌～脱出机理。 本实验又分别研究了相同质量Mn02在不同扫速下的循环伏安性能、质量变 化以及比电容变化和不同质量Mn02在不同扫速下的比电容变化。结果表明： Mn02质量一定时，比电容随扫速的增大而减小；在一定质量范围内，随着质量 M M M 增大，比电容降低。沉积Mn02的石英电极在0．2 MgS04、O．1Li2S04、O．1 摘要 KES04、0．1 M(NH4hS04溶液中的循环伏安测试结果显示：随着阳离子半径的增 大，比电容降低，在0．2M MgS04溶液中的充放电比电容最高，且循环性能良 好。二氧化锰在含有小半径、多电荷阳离子的电解质中比电容较高。 关键词： Mn02，电化学石英晶体微天平，电沉积，比电容 n Abstract Abstract arealsocalledelectrochemical new Supercapacitors，which Capacitors(ECs)，are traditional devicesinwhichthe isbetween storageenergy energydensity