纳米Fe3O4- 活性炭混合超级电容器电化学性能的研究

doi:10.3724/SP.J.1077.2008.01193

无机材料学报

纳米Fe₃O₄- 活性炭混合超级电容器电化学性能的研究

杜嬛, 王成扬, 陈明鸣, 焦旸

天津大学化工学院绿色合成与转化教育部重点实验室, 天津 300072

收稿日期:2008-03-10 修回日期:2008-04-28 出版日期:2008-11-20 网络出版日期:2008-11-20

Electrochemical Properties of Hybrid Supercapacitor with Nanosized Fe₃O₄/activated Carbon as Electrodes

DU Xuan, WANG Cheng-Yang, CHEN Ming-Ming, JIAO Yang

Key Laboratory for Green Chemical Technology of State Education Ministry, School of Chemical Engineering & Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China

Received:2008-03-10 Revised:2008-04-28 Published:2008-11-20 Online:2008-11-20

摘要/Abstract

摘要： 研究了以纳米Fe₃O₄和活性炭(AC)为电极材料的超级电容器. 以FeSO₄·7H₂O和氨水为原料, 采用微波法制备出平均粒径为36nm的Fe₃O₄纳米粒子. 组装了以6mol/L KOH溶液为电解液的Fe₃O₄/KOH/Fe₃O₄、AC/KOH/AC、Fe₃O₄/KOH/AC三种类型的模拟电容器. 用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗法对电容器进行了电化学性能测试. 结果发现, 混合电容器的工作电压可达到1.2V. 电流密度为0.5mA/cm²时, 正/负极质量比为1.5的Fe₃O₄/KOH/AC电容器的能量密度达到9.25Wh/kg, 与AC/KOH/AC电容器相比, 能量密度提高了53.4%.

关键词: 纳米Fe₃O₄, 活性炭, 混合超级电容器, 准电容, 能量密度

Abstract: The supercapacitor using nano-structured Fe₃O₄ and activated carbon (AC) as electrode materials was developed. Fe₃O₄ magnetic nanoparticles with average particle size of 36nm were synthesized by microwave method using FeSO₄·7H₂O and ammonia as the precipitator. Three kinds of supercapacitors, Fe₃O₄/KOH/Fe₃O₄, AC/KOH/AC, Fe₃O₄/KOH/AC, were prepared using 6mol/L KOH as electrolyte. Cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge and electrochemical impedance spectroscopy were used to study the performance of the electrodes and the supercapacitors. The results show that the operating voltage of Fe₃O₄/KOH/AC hybrid supercapacitor is 1.2V. When the current density is 0.2mA/cm² and the weight ratio of active materials (Fe₃O₄/AC) is 1.5, the energy density of hybrid supercapacitor is 9.25Wh/kg, which is 53.4% higher than that of AC/KOH/AC capacitor with the same electrolyte.

Key words: nano-structured Fe₃O₄, activated carbon, hybrid supercapacitor, pseudocapacitance, energy density

中图分类号:

TM911

杜嬛,王成扬,陈明鸣,焦旸. 纳米Fe₃O₄- 活性炭混合超级电容器电化学性能的研究[J]. 无机材料学报, DOI: 10.3724/SP.J.1077.2008.01193.

DU Xuan,WANG Cheng-Yang,CHEN Ming-Ming,JIAO Yang. Electrochemical Properties of Hybrid Supercapacitor with Nanosized Fe₃O₄/activated Carbon as Electrodes[J]. Journal of Inorganic Materials, DOI: 10.3724/SP.J.1077.2008.01193.

参考文献

[1] Conway B E, Pell W G. J. Power Sources, 2002, 105 (1): 169--181.
[2] 孟庆函, 张睿, 李开喜, 等(MENG Qing-Han, et al). 无机材料学报 (Journal of Inorganic Materials), 2003, 18 (5): 1027--1032.
[3] 张治安, 杨邦朝, 邓梅根, 等(ZHANG Zhi-An, et al). 无机材料学报(Journal of Inorganic Materials), 2005, 20 (3): 529--536.
[4] 文跃华, 曹高萍, 程杰, 等(WEN Yue-Hua, et al). 无机材料学报(Journal of Inorganic Materials), 2006, 21 (2): 441--447.
[5] Qu D. J. Power Sources, 2002, 109 (2): 403--411.
[6] 王晓峰, 王大志, 梁吉(WANG Xiao-Feng, et al). 无机材料学报(Journal of Inorganic Materials), 2002, 17 (6): 1167--1173.
[7] Prasad K R, Koga K, Miura N. Chem. Mater., 2004, 16 (10): 1845--1847.
[8] 王晓峰, 孔祥华, 刘庆国, 等. 功能材料, 2002, 33 (5): 513--517.
[9] Cottineau T, Toupin M, Delahaye T, et al. Applied Physics A, 2006, 82 (4): 599--606.
[10] Takei T, Yoshimura K, Yonesaki Y, et al. J. Porous Materials, 2005, 12 (4): 337--343.
[11] Zheng J P, Jow T R. J. Electrochem. Soc., 1995, 142 (1): L6--L8.
[12] Grupioni A A F, Lassali T A F. J. Electrochem. Soc., 2001, 148 (9): A1015--A1022.
[13] Skowronski J M, Jurewicz K. J. Power Sources, 1993, 45 (3): 379.
[14] Wu N L. Materials Chemistry and Physics, 2002, 75 (1-3): 6--11.
[15] Wu N L, Wang S Y, Han C Y, et al. J. Power Sources, 2003, 113 (1): 173--178.
[16] 海岩冰, 袁红雁, 肖丹. 化学研究与应用, 2006, 18 (6): 744--746.
[17] Zheng J P. J. Electrochemical Society, 2003, 150 (4): A484--A492.
[18] 程杰, 曹高萍, 杨裕生. 电源技术, 2007, 31 (3): 183--185.
[19] 孙中溪, 郭淑云. 高等学校化学学报, 2006, 27 (7): 1351--1354.
[20] Wang S Y, Ho K C, Kuo S L, et al. J. Electrochemical Society, 2006, 153 (1): A75--A80.

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Electrochemical Properties of Hybrid Supercapacitor with Nanosized Fe₃O₄/activated Carbon as Electrodes

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[3]	周帆, 毕辉, 黄富强. 用稻壳制备亚甲基蓝高吸附容量的超高比表面积活性炭[J]. 无机材料学报, 2021, 36(8): 893-903.
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[13]	李军, 潘磊, 王际童, 龙东辉, 乔文明, 凌立成. 球形活性炭担载MnO_x-CeO₂和三聚氰胺的低温脱硝行为研究[J]. 无机材料学报, 2016, 31(11): 1205-1211.
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[15]	邓梅根, 王仁清, 冯义红. 硝酸膨化改性对石油焦基活性炭超级电容器性能的影响[J]. 无机材料学报, 2014, 29(3): 245-249.