高载量钴离子掺杂MnO_(2)用于高性能锌离子混合电容器

通过恒流电沉积的方法在柔性碳布上制备了钴离子掺杂的MnO_(2),其负载量达到13.8 mg/cm^(2)。利用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectrometer,XPS)和电化学工作站等对材料的结构和性能进行表征,探究了钴离子掺杂对MnO_(2)电化学性能的影响。结果表明,当该电极与活性炭组装成液态锌离子混合电容器(zinc ion hybrid capacitors,Zn-HCs)时,Zn-HCs在2 mA/cm^(2)的电流密度下,面积比电容高达5883.0 mF/cm^(2),面积能量密度为3154.9μWh/cm^(2),与锌离子电池的能量水平相当。当该电极与活性炭组装成准固态柔性Zn-HCs时,Zn-HCs具有较好能量密度(在1 mW/cm^(2)的功率密度下达1351.1μWh/cm^(2))的同时具有优异的机械柔韧性,使Zn-HCs有望应用于新一代的柔性可穿戴设备。

提高高压MnO_(2)钽电容器漏电流稳定性的试验研究

高压MnO_(2)钽电容器漏电流在高温和高压应用环境中的稳定性对电路的安全性和可靠性有重要影响。通过正反向偏置V-I特性测试可知,高压MnO_(2)钽电容器漏电流主要为氧空位缺陷和介质表面的微晶诱发的Poole-Frenkel电流和隧穿电流。在Ta2O5介质表面通过浸渍的方法涂覆一层绝缘树脂阻挡层,以提高界面的势垒和Poole-Frenkel电阻,屏蔽介质表面的晶化点,且抑制氧空位缺陷和晶化点在高温和高场环境应用过程中的互作用。浪涌电流/电压冲击、高低温稳定性、加速121℃-85%RH-63 h和125℃-2000 h寿命测试表明,漏电流在高温和高压环境中的稳定性明显改善,电容器的可靠性和稳定性显著提高。该研究对电子装备系统在严酷环境中的安全可靠运行具有重要的支撑作用。

电沉积法制备电极材料MnO_(2)·nH2O的研究

MnO_(2)电极材料的制备方法很多,但电沉积法可一步制得电极,工艺简单、能耗较低,本实验以不锈钢片作为电沉积基体,采用动电势沉积法制备超级电容器用MnO_(2)·nH2O。通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安扫描法(CV)等分析方法,测试其表面微观形貌、电化学性能。实验结果表明:以浓度为0.75mol·L^(-1)的MnSO4作为电解液,反应温度为70℃,在0.3~0.95V电压范围内,以400mV·S^(-1)的扫描速率电沉积,可制备α-MnO_(2)薄膜,其比电容达到425F/g。

镁热还原Ta_(2)O_(5)制备电容器用钽粉工艺研究

通过镁热还原Ta_(2)O_(5)制备电容器用钽粉,研究了镁加入量、保温温度及时间对钽粉成分及其电性能的影响。结果表明:镁加入量过少、保温温度过低以及保温时间过短均会造成Ta_(2)O_(5)还原不彻底;但镁加入量过多会造成钽粉漏电流增大以及镁屑和酸的浪费,保温温度过高、保温时间过长则会造成钽粉电容损失及能耗增大,成本增加。为了达到降本增效的目的,镁加入量宜为理论量的2倍,保温温度宜控制在960℃左右,保温时间以6 h为宜。此工艺条件下制备的钽粉氧含量为0.362 0%,镁含量为0.001 1%,漏电流系数K值为4.4×10^(-4)μA/(μF·V),重量比容为15 630μF·V/g。

FTW200K超高比容钽粉研制钽电解电容器中被覆Mn(NO_(3))_(2)溶液新工艺的研究

针对用FTW200K超高比容钽粉研制的钽电解电容器在被覆Mn(NO 3)2溶液形成阴极层的过程,研究和讨论在不同质量浓度Mn(NO 3)2溶液、分解时间、分解方式、被覆遍数的条件下,制备的钽电解电容器MnO 2阴极层形成的质量与电容器电性参数之间的关系.结果表明,被覆Mn(NO 3)2溶液是形成MnO 2阴极层的主要途径;当Mn(NO 3)2溶液分解条件为一步法,即(195±5)℃、(30±0.5)min,二步法,即(195±5)℃、(20±0.5)min,(220±5)℃、(15±0.5)min,在被覆3遍的条件下,MnO 2阴极层的质量较好,能够使钽电容器的容量稳定引出,损耗、等效串联电阻和漏电流最小.

生物质炭@MnO_(2)基超级电容器电极材料研究进展

基于能源危机、环境污染等问题,开发新型的高性能储能装置至关重要,超级电容器因具有高比能量、稳定性好等优异性能而受到研究者青睐。生物质炭是由生物质材料经过预碳化和活化处理后获得的,具有发达的孔径、较高的活性比表面积,且资源廉价丰富,作为超级电容器材料具有较好的应用前景。为了满足超级电容器高比容量和高循环稳定性,目前有效的方法是将生物炭材料与赝电容材料相结合。过渡金属氧化物MnO_(2)具有高的理论比电容、宽的电位窗口、低成本、环境友好性而成为最有应用前途的赝电容材料。研究表明:由生物炭与过渡金属氧化物复合材料制备的超级电容器,其比电容和能量密度有了明显提高。本文主要介绍了生物质炭的来源、特点及制备方法,并介绍了生物质炭与MnO_(2)的复合制备方法及生物质炭@MnO_(2)复合材料用于超级电容器的研究现状,最后展望了生物质炭@MnO_(2)基超级电容器的发展趋势。

热处理对钽芯及钽电容器电性能的影响

在实际使用过程中,钽电容器常因电容量、损耗和漏电流发生漂移而失效。为了改善钽电容器的电性能稳定性,系统研究了在空气环境中热处理对形成后的钽芯及钽电容器电性能的影响。采用阳极氧化法在烧结后的钽块表面形成Ta_(2)O_(5)介质氧化膜,然后对阳极钽芯进行热处理。研究结果表明:热处理对钽芯的击穿电压和漏电流传导机理无明显影响;热处理后的钽芯表面Ta_(2)O_(5)介质氧化膜的微观形貌未发生明显变化;经过适当热处理且补形成后的阳极钽芯的漏电流及所制备的钽电容器电容量稳定性、损耗和漏电流均得到了明显改善;合适的热处理工艺为300℃/45~60 min。

过氧乙酸等添加剂对钽电容阴极被覆液性能的影响

钽电容器阴极二氧化锰膜是通过浸渍/热分解硝酸锰溶液形成的,为得到致密均匀的Mn O2膜,需要多种浓度硝酸锰溶液进行十余次重复浸渍/热分解。本文在硝酸锰溶液中添加适量过氧乙酸、JFC-2和乙醇,然后对该硝酸锰被覆液进行表面张力测试和差示扫描量热分析(DSC),并对此被覆液形成的Mn O2膜进行扫描电子显微镜分析(SEM)和方块电阻测试。研究结果表明,被覆液的表面张力显著降低,浸润性得以提高;结晶水脱除温度可降低约30℃。经过四次单一浓度硝酸锰被覆液的浸渍/热分解即可得到表面致密均匀、导电性良好的阴极膜,被膜工艺可以得到大大简化。

MnO_(2)在超级电容器电极材料中的研究进展

超级电容器因其超快速的充放电速度而在众多储能器件中占据不可替代的地位。此外,它还具有循环寿命长、维护简单、安全环保、成本低等诸多优势。以各类碳基材料为代表的超级电容器的比电容通常较低,难以满足社会发展对高能的需求。以各类金属化合物为代表的赝电容器可通过快速的法拉第反应存储更多的能量,因而受到现代社会的青睐。其中,MnO_(2)是最早被提出来的一类传统赝电容器电极材料,其晶相结构丰富,具有可供电解液离子快速进出的隧道结构,理论比容量高,但其存在电子电导率低、循环稳定性差等问题。作者选择了最具代表性的两类MnO_(2)材料——α相和δ相MnO_(2),介绍了这两种晶相的储能机理和研究现状,重点介绍目前针对其存在的问题而普遍采用的解决方案,并对MnO2的规模应用提出展望。