納米活性炭復(fù)合電極材料的制備與性能研究

引言電氣電氣壓也被稱為超級(jí)電氣壓，它具有傳統(tǒng)物理電壓電壓和電池的優(yōu)點(diǎn)。1實(shí)驗(yàn)部分1.11.1.1納米碳電極材料的制備采用滾壓振動(dòng)磨機(jī)1.1.2納米二氧化鋁材料的制備通過溶膠-凝膠法制備摻雜氧化鉍的納米二氧化錳樣品(nm-Bi-MnO1.2活性炭的表征采用D/max-rB12kW旋轉(zhuǎn)陽極靶X射線多晶衍射儀進(jìn)行XRD檢測(cè)分析;XL30-S-FEG場(chǎng)發(fā)射槍掃描電鏡(SEM)和SPM9500-J3型號(hào)的原子力顯微鏡(AFM)分析納米活性炭的形貌。采用Autosorb-1-MP-LP全自動(dòng)比表面與孔隙度分析儀測(cè)定活性炭的比表面積和孔分布。1.3炭nm-ac的制備復(fù)合電極材料為納米活性炭(nm-AC)與不同方法制備的二氧化錳樣品(RVM-MnO2結(jié)果與討論2.1振動(dòng)研磨改性納米活性炭材料的表征圖2所示分別是活性炭原料的掃描電子顯微鏡圖像[圖2(a)、(b)]和用干式滾壓振動(dòng)磨制備的納米活性炭(nm-AC,30min研磨)的原子力顯微鏡圖像[圖2(c)、(d)]?？梢钥闯?經(jīng)振動(dòng)研磨30min后,顆粒粒徑從20μm減小到30～50nm,且大小分布較為均勻,可認(rèn)為是球形顆粒,沒有明顯團(tuán)聚現(xiàn)象,總體上表現(xiàn)了良好的分散性和均勻性。由于原子力顯微鏡采用輕敲模式觀測(cè)活性炭顆粒形貌,圖示顆粒形貌會(huì)略圓潤(rùn)于實(shí)際顆粒形狀。圖3為振動(dòng)研磨方法制備的活性炭電極材料的XRD衍射圖譜,可以看到,活性炭在振動(dòng)研磨30min后(2高的比表面積是活性炭用于電極材料的重要指標(biāo)之一,圖4所示是活性炭的BET比表面積和孔分布的直方圖,從圖中可看到,原料活性炭的微孔表面積占優(yōu),而經(jīng)過振動(dòng)研磨改性后的活性炭總表面積增加,其中細(xì)化30min的活性炭以中孔為主,增幅33%,而微孔面積減少,這與XRD圖譜所得的結(jié)構(gòu)是一致的?？梢娬駝?dòng)研磨細(xì)化改性實(shí)驗(yàn)可增加活性炭的比表面積,有效改善孔分布情況,短期研磨(30min)對(duì)中孔增加有利?；钚蕴康慕Y(jié)構(gòu)是以石墨層為基礎(chǔ)的微晶結(jié)構(gòu),具有發(fā)達(dá)的微細(xì)孔結(jié)構(gòu)。隨著活性炭顆粒逐漸變小,其表面能越來越大,引起活性炭顆粒相互吸引、團(tuán)聚甚至結(jié)塊。從圖2上看,通過振動(dòng)研磨的改性方法制備的納米活性炭顆粒大小均勻,未出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚、結(jié)塊現(xiàn)象,具有較好的均勻性和分散性。同時(shí),從圖3、圖4可以看到,通過振動(dòng)研磨方法制備的納米活性炭在未破壞活性炭的微觀性能的基礎(chǔ)上改進(jìn)了其結(jié)晶性和孔結(jié)構(gòu)的分布,在較短時(shí)間可以將中孔表面積所占的組分增大。已有研究表明,中孔表面積成分的增加對(duì)于改善活性炭電極材料的電化學(xué)性能最為有利2.2氧化錳材料的xrd和晶型檢測(cè)通過振動(dòng)研磨改性方法和溶膠-凝膠化學(xué)方法制備的二氧化錳樣品的XRD檢測(cè)見圖5所示,從XRD衍射圖譜中發(fā)現(xiàn),振動(dòng)研磨改性方法制備的二氧化錳樣品(RVM-MnO所有晶型中只有β-MnO2.3復(fù)合電極材料的電化學(xué)性能二氧化錳廣泛用作電池正極活性材料,Atlung等由此可見,二氧化錳/活性炭復(fù)合電極具有多孔電極材料的儲(chǔ)電優(yōu)勢(shì)。對(duì)于堿性電解液,復(fù)合電極材料的類型與比例同比電容有一個(gè)最佳對(duì)應(yīng)值,這是由于不同的二氧化錳晶型及類型不同,其活性有差異;且活性炭的比表面積越大,微孔直徑就越小,而過小的孔徑電解質(zhì)離子不易進(jìn)入,影響離子的吸附和脫附。圖7為不同方法制備的二氧化錳/活性炭復(fù)合電極的循環(huán)伏安特性圖(CV),從圖中可以看出,復(fù)合電極的CV曲線呈現(xiàn)出典型的對(duì)稱矩形曲線,說明電極有良好的可逆性,在電位掃描過程中,氧化鉍摻雜的二氧化錳復(fù)合電極的氧化峰最不明顯,說明在復(fù)合電極中容量主要由雙電層電容提供,即二氧化錳的孔結(jié)構(gòu)和活性炭的孔結(jié)構(gòu)很好的復(fù)合。振動(dòng)研磨方法改性制備的二氧化錳材料的CV曲線有明顯的氧化還原峰,說明經(jīng)改性其電化學(xué)活性增大。從圖8可以看出,復(fù)合電極材料中,氧化鉍摻雜的二氧化錳/活性炭復(fù)合電極的比電容最大,振動(dòng)研磨法制備的二氧化錳的比電容相對(duì)較大,具有進(jìn)一步提高材料性能的潛力。對(duì)不同配比的二氧化錳/活性炭復(fù)合電極進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試(循環(huán)伏安、充放電測(cè)試)的結(jié)果如圖9、圖10所示。從中可以看出,復(fù)合電極中二氧化錳的最優(yōu)成分含量為10%。在復(fù)合電極中二氧化錳的含量不應(yīng)該很多,全為二氧化錳時(shí)的電化學(xué)性能反而最差,適量的二氧化錳復(fù)合可以增大比電容,提高二氧化錳有效利用能的容量,復(fù)合電極的比容量最大達(dá)到308F·g3納米活性炭材料的制備(1)作者用機(jī)械振動(dòng)研磨法首次成功地在室溫條件下制備了粒度為30～50nm的納米活性炭,并對(duì)二氧化錳進(jìn)行了物理改性處理。作為電極材料,這種納米活性炭的結(jié)晶性得到了明顯增強(qiáng)和改善,而且孔徑分布更趨于合理。(2)電