镍铜基硫化或氧化物复合材料制备及超级电容器性能研究
发布时间：2021-04-05 01:05
能源和环境问题促使研究者们不断研究和开发可用于高性能储能平台的新型材料。在众多的储能平台中,超级电容器由于具有功率密度高和循环寿命优异,环境友好,安全高效等优势,受到越来越多的关注。可应用于超级电容器的电极材料中,过渡金属化合物因其独特的优势逐渐成为研究重点,其作为电活性物质时在表面和近表面发生的快速氧还反应能够产生法拉第电容,使得法拉第电容器的能量存储性能远高于双电层电容器,这一特性优势介于电池和传统电容器之间,如何进一步提高能量密度和循环寿命是接下来的研究重点。与单元过渡金属硫化物相比,二元过渡金属硫化物作为超级电容器电极材料时具有更好的电化学性能,这可归因于两相之间的协同作用,种类丰富的氧化还原反应以及多样化的纳米结构。在三维导电基底上直接生长电活性材料能够有效降低电化学反应过程中的电极“无效区”,提高材料的利用率,从而提高器件的能量密度,借助三维导电基底的网状结构来设计具有独特微结构的电极材料,也能够改善材料的稳定性能。本论文从选择各具优势的材料类型和设计独特的纳米复合结构出发,设计制备了两种性能优异的新型镍铜基超级电容器复合电极材料,主要的研究工作集中在以下几个方面:1.通过...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
谷歌学术2000年以来在超级电容器方面的研究工作数量[5]
第1章绪论3的过程使得其具有远高于电池的循环寿命。依据储能原理的不同，超级电容器可以分为双电层电容器，法拉第（赝）电容器，以及二者相结合的混合超级电容器，如图1.2。图1.2超级电容器的分类[18]Fig.1.2Classificationofsupercapacitors1.3.1双电层电容器双电层电容器（EDLC）依靠电极材料表面吸附电解质离子产生的双电层电容来存储能量，当电解液中极板带电时，电解液中的平衡反电荷将集中形成在带电表面附近，主要发生阴阳离子吸脱附过程，没有氧化还原反应的参与，这造成了双电层电容器优异的循环稳定性，同时，这种发生在电极材料与电解质界面的储能行为不受离子扩散速率的限制，电荷转移反应电阻可以忽略，使双电层电容器对电流和电压的变化响应极快，因此能够提供很高的功率密度[19]。如图1.3a为双电层电容器储能机理示意图，充电时，电子经过外部电路由超级电容器正电极流向负电极，造成电解质内部阳离子在负极聚集，阴离子为了补偿电荷平衡聚集在正极，形成双电层。放电期间电子从负极经由外部电路回到正极，两种离子再次混合直到放电终止。由于电荷仅仅存在于电极材料的表面，而不像电池材料发生离子嵌入脱出的氧化还
吉林大学硕士学位论文4原反应，双电层电容器能量密度远低于电池和法拉第电容器。1.3.2法拉第（赝）电容器法拉第电容器也叫做赝电容器，储能过程发生在活性材料的（近）表层区域，发生欠电位沉积或电活性物质进行化学吸脱附或氧化还原过程[21]，这些过程是快速且高度可逆的，此反应机理与电池材料类似，其循环伏安特性与双电层类似，所制备的电极材料的微观结构对这类超级电容器的储能效率有很大影响。法拉第电容器的功率密度和循环性能对比双电层电容器较差，但是能量密度较高。法拉第电容器通过可逆的氧化还原过程来存储能量时，电极材料中的金属阳离子在氧化还原过程中嵌入和脱出，使电子得失发生变化。法拉第电容器的能量密度更高，通常为双电层的10-100倍，但功率密度性能稍差于双电层电容器[22]，Ni(OH)2是典型的法拉第电容电极材料，图1.3b为赝电容器氧化还原过程储能机理示意图。图1.3（a）双电层电容器；（b）法拉第电容器的储能机理示意图[20]Fig.1.3Schematicdiagramofenergystoragemechanismof(a)electricdoublelayercapacitorand(b)faradaycapacitor1.3.3混合超级电容器按照储能机制的不同，在器件中同时存在双电层电容和法拉第电容两种储能机制的被叫做混合型超级电容器（HSC）。无论是双电层或是法拉第（赝）电容器，均具有功率密度高，循环寿命长的优势。电池和电容器通常都具有正负极材料，隔膜，
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物电解质在超级电容器中的研究进展[J]. 寻之玉,侯璞,刘旸,倪守朋,霍鹏飞. 材料工程. 2019(11)
本文编号：3118836
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
谷歌学术2000年以来在超级电容器方面的研究工作数量[5]
第1章绪论3的过程使得其具有远高于电池的循环寿命。依据储能原理的不同，超级电容器可以分为双电层电容器，法拉第（赝）电容器，以及二者相结合的混合超级电容器，如图1.2。图1.2超级电容器的分类[18]Fig.1.2Classificationofsupercapacitors1.3.1双电层电容器双电层电容器（EDLC）依靠电极材料表面吸附电解质离子产生的双电层电容来存储能量，当电解液中极板带电时，电解液中的平衡反电荷将集中形成在带电表面附近，主要发生阴阳离子吸脱附过程，没有氧化还原反应的参与，这造成了双电层电容器优异的循环稳定性，同时，这种发生在电极材料与电解质界面的储能行为不受离子扩散速率的限制，电荷转移反应电阻可以忽略，使双电层电容器对电流和电压的变化响应极快，因此能够提供很高的功率密度[19]。如图1.3a为双电层电容器储能机理示意图，充电时，电子经过外部电路由超级电容器正电极流向负电极，造成电解质内部阳离子在负极聚集，阴离子为了补偿电荷平衡聚集在正极，形成双电层。放电期间电子从负极经由外部电路回到正极，两种离子再次混合直到放电终止。由于电荷仅仅存在于电极材料的表面，而不像电池材料发生离子嵌入脱出的氧化还
吉林大学硕士学位论文4原反应，双电层电容器能量密度远低于电池和法拉第电容器。1.3.2法拉第（赝）电容器法拉第电容器也叫做赝电容器，储能过程发生在活性材料的（近）表层区域，发生欠电位沉积或电活性物质进行化学吸脱附或氧化还原过程[21]，这些过程是快速且高度可逆的，此反应机理与电池材料类似，其循环伏安特性与双电层类似，所制备的电极材料的微观结构对这类超级电容器的储能效率有很大影响。法拉第电容器的功率密度和循环性能对比双电层电容器较差，但是能量密度较高。法拉第电容器通过可逆的氧化还原过程来存储能量时，电极材料中的金属阳离子在氧化还原过程中嵌入和脱出，使电子得失发生变化。法拉第电容器的能量密度更高，通常为双电层的10-100倍，但功率密度性能稍差于双电层电容器[22]，Ni(OH)2是典型的法拉第电容电极材料，图1.3b为赝电容器氧化还原过程储能机理示意图。图1.3（a）双电层电容器；（b）法拉第电容器的储能机理示意图[20]Fig.1.3Schematicdiagramofenergystoragemechanismof(a)electricdoublelayercapacitorand(b)faradaycapacitor1.3.3混合超级电容器按照储能机制的不同，在器件中同时存在双电层电容和法拉第电容两种储能机制的被叫做混合型超级电容器（HSC）。无论是双电层或是法拉第（赝）电容器，均具有功率密度高，循环寿命长的优势。电池和电容器通常都具有正负极材料，隔膜，
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物电解质在超级电容器中的研究进展[J]. 寻之玉,侯璞,刘旸,倪守朋,霍鹏飞. 材料工程. 2019(11)
本文编号：3118836
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