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摘 要

本课题选择了钙钛矿型氧化物作为超级电容器的电极材料，并采取了静电纺丝的方法制备纳米级的La_xSr_1-xFeO₃系列样品。

对于使用静电纺制成的La_xSr_1-xFeO₃纳米纤维材料，进行了一系列表征，如比表面积测试、SEM、TEM等，同时对其电化学性能进行了评测。本实验分别在KOH碱性溶液和Na₂SO₄中性溶液中对LSF-x系列样品进行了循环伏安测试与恒电流充放电测试，绘制了循环伏安曲线与恒电流充放电曲线。处理图像计算得到各样品的比容量数据，两份数据都表明LSF-0.7即La_0.7Sr_0.3FeO₃样品的比容量远高于其他几种样品，这主要是因为适量掺杂Sr元素使样品能够保持原有的钙钛矿结构，同时增加了样品结构中的氧空位数，有助于离子的传输。

最后，选择电化学性质最优的LSF-0.7作为电极活性物质，组装构成LSF-0.7//LSF-0.7超级电容器。

关键词：超级电容器，静电纺丝，纳米纤维，钙钛矿型氧化物，锶掺杂

A STUDY ON PEROVSKITE-TYPE MATERIAL ABOUT ITS

PHYSICAL CHARACTERIZATION

AND ELECTROCHEMICAL PROPERTIRS

Abstract

In this paper, the perovskite-type oxides were selected as electrode materials for super capacitors. And the electrospinning method was took to prepare the La_xSr_1-xFeO₃ samples of nano scale.

A series of tests were conducted to evaluate the electrochemical performance of the nanofiber materials. In this experiment, the series of LSF-x samples were tested by cyclic voltammetry and constant current charge and discharge both in KOH alkaline solution and Na₂SO₄ neutral solution, and the CV diagram and GCD diagram were drawn. Through image processing, the data of specific capacitance can be acquired, and the results indicate that the LSF-0.7 whose chemical formula is La_0.7Sr_0.3FeO₃ has a higher specific capacity than that of others. This is mainly because proper strontium-doping causes the increase of oxygen vacancies, which is beneficial for ion transport. At the same time, the perovskite structure is maintained.

Besides, the LSF-0.7 sample was chosen as the electrode active material to assemble a symmetrical supercapacitor.

KEY WORDS: supercapacitor, electrospinning, nanofiber, perovskite-type oxide, strontium-doping

目 录

摘 要 1

Abstract 2

第一章 绪论 4

1.1引言 4

1.2 超级电容器概述 4

1.2.1 超级电容器的储能机理和分类 4

1.2.2超级电容器的组成结构 5

1.2.3超级电容器的特性 6

1.2.4超级电容器的电极材料 7

1.2.5超级电容器的发展与应用 8

1.3 钙钛矿型金属氧化物及其超级电容器中的应用 8

1.3.1钙钛矿型氧化物的结构特点 8

1.3.2 钙钛矿结构氧化物的制备 9

1.3.3 钙钛矿型氧化物的应用 10

1.4 静电纺丝技术 10

1.4.1 静电纺丝简介 10

1.4.2 静电纺丝的应用及前景 12

1.5 本论文的选题思路和研究意义 12

1.5.1 本论文的选题依据 12

1.5.2 本课题的研究内容 13

第二章Sr掺杂的La_xSr_1-xFeO₃纳米纤维的制备 14

及电化学性能 14

2.1 引言 14

2.2实验部分 14

2.2.1样品的制备 14

2.2.2样品的表征 15

2.2.3电化学测试 16

2.3结果与讨论 18

2.3.1掺杂不同比例的Sr元素对纳米纤维结构与形貌的影响 18

2.3.2 样品的比表面积与元素组成 23

2.3.3 纳米纤维在KOH溶液中的电化学性能 24

2.3.4 纳米纤维在Na₂SO₄溶液中的电化学性能 27

2.3.5对称型超级电容器 30

第三章 结论与展望 32

3.1结论 32

3.2展望 32

致谢 33

参考文献 34

第一章 绪论

1.1引言

数万年前的动植物碎片埋藏在地层下，经由长时间演化形成了化石燃料，这是如今世界范围内消耗的最主要能源，但是随着人类的过度开采，化石能源面临着枯竭的命运，而且化石能源的消费过程增加了温室气体的排放，导致了温室效应增强及全球气候变暖。为了应对这些问题，人类开始关注绿色清洁能源的发展，如太阳能^[1]、潮汐能、地热能、风能、核能。为了方便应用，人类需要将这些不稳定的可再生能源转变成利于传输的电能，与此同时，高效的储能器件也成为利用新能源的重点。目前，在交通^[2]、军事、航空航天等领域应用比较多的是镍氢、铅酸、碱锰等电池，这些电池的能量密度大，但是不符合人类目前对于储能器件低污染，低成本的要求，因此新型储能装置也在不断发开发中，超级电容器应运而生。

超级电容器^[3]是一种新式储能器件。与传统的蓄电池相比，超级电容器的能量密度较低（约为蓄电池的5％），但是超级电容器的优势也是很明显的，如较长的充放电寿命（可达90000h）；充放电速率快，短期内能够迅速完成充电要求；可在低温环境（）与高温环境（）下正常工作；是一种绿色安全的能源，高低温下工作都是无毒的。当前，通讯、交通、国防等方面对这种性能优越的储能器件都有强烈的需求。

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