磷化镍及其纳米复合材料构筑新型不对称超级电容器研究
发布时间：2021-06-07 04:14
当前,我们地球面临巨大的能源挑战,化石燃料及不可再生能源的日益枯竭日益加剧,如何减少二氧化碳的排放,如何将可持续能源接入到混合能源体系中,是当前能源领域亟待解决的问题。新能源的开发、能源的存储和高效利用被认为是解决以上问题的关键。在众多的新能源储能设备中,超级电容器因具有比锂电池/燃料电池高的功率密度和长的循环寿命,且具有比传统电容器高的能量存储能力,受到研究者的广泛关注。本论文分析制约超级电容器性能的因素,从而设计和制备了磷化镍及其纳米复合材料作为超级电容器正极材料,再匹配合适的碳基负极材料和电解液,来构筑新型不对称超级电容器,以此提高超级电容器的能量密度和循环寿命等问题。主要研究内容和结果如下:1、首先采用一步水热法制备交织堆积的Ni（OH）2·0.75H2O纳米片,进而低温磷化处理得到了3D自支撑Ni5P4纳米花球。Ni5P4纳米花球的交织纳米片层可以促进电解质和电子快速转移,形成的3D自支撑的纳米花球可以保证其结构稳定性而有助于容量保持。归因于其独...
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图.1-3双电层电容器结构
第一章绪论11一种存储机制成为比电容的主要贡献者，而另一种则贡献很校Fig.1-4.Schematicdiagramofpseudocapacitor图.1-4赝电容器结构赝电容电容器的比电容是普通EDLC的10-100倍[50]，但其差的电导率导致低循环稳定性和低功率密度。在电池中，除了插层和脱插层过程外，可逆氧化还原反应的法拉第电荷移位也导致了赝电容的存在[51]。赝电容器包括粘在电极上的金属集流体，这些金属集流体放置在带有隔膜的电解液中[52]。在赝电容器中，电极电势与电活性物质（电吸附的）的电荷存储相结合，得到吸附程度的连续对数函数[53,54]。因此，赝电容器电极显示出存储电荷与电荷电势的线性相关性。这种线性相关性导致了基于电子转移的电荷存储机制，而不是EDLC中离子的电荷积累[55]。没有双层电容，赝电容就不存在[56]。具有赝电容行为的过渡金属氧化物得到了广泛地探索，以增加长循环性能等电容器性能评估参数。由于过渡金属氧化物会经历快速且可逆的氧化还原反应，因此特别需要对其循环性能进行优化。在过渡金属氧化物中最早探索的材料是RuO2，由于其典型的电容特性，理论上能够产生1300Fg-1的赝电容。但根据最近的报道，已经实现了720Fg-1的比电容[57]。高电容产量的原因是其高的电化学可逆性和良好的循环能力。在RuO2中，由于电化学质子化反应[58]，电荷在电解质水溶液中发生以下存储：
第一章绪论13这种组合具有更高的工作电势，并产生更高的电容，是传统电容器以及EDLC和赝电容器的两倍至三倍。混合超级电容器的存储原理由EDLC和赝电容器的存储原理共同决定。EDLC的限制特性不存在于赝电容器中，反之亦然，它们的组合在一起会导致合并组件的局限性淡化，从而具有提供更高电容的优势。混合超级电容器是对称的还是非对称的，取决于组件的配置。由Li插入电极和碳电极组成的混合超级电容器的示意图如图1-5所示。Fig.1-5Schematicdiagramofahybridsupercapacitor图.1-5混合超级电容器原理图当混合超级电容器由两个由不同材料制成的不同电极组成时，其电化学行为要优于单个电极材料的超级电容器。混合系统保持良好循环稳定性，这是赝电容器成功制备的关键因素[65]。与对称EDLC相比，混合型超级电容器除具有类似于较高比能量的较高额定电压外，还具有更大的比能量。两个相似的电极可以组成对称的混合超级电容器，它由相似的EDLC和赝电容组件组成。两个不同电极的组装形成不对称混合超级电容器，使用最广泛的不对称混合超级电容器是AC和MnO2以及AC-Ni(OH)2[69]。所有可商购的混合超级电容器都是不对称的，而具有导电聚合物电极的超级电容器尤为重要[70]。在基于导电聚合物的混合系统中，导电聚合物进行氧化还原反应以存储和释放电荷。在氧化或掺杂过程中，离子转移到聚合物主链上，在还原或去掺杂过程中；离子被转移回溶液中。导电聚合物的使用为获得更高的比电容提供了机会。Amatucci的研究小组提出了一种基本的非对称混合超级电容器，该超级电容器由在有机电解质中与Li4Ti5O12结合的活性炭的正极（EDLC）和法拉第电极组成
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai. National Science Review. 2017(03)
本文编号：3215836
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图.1-3双电层电容器结构
第一章绪论11一种存储机制成为比电容的主要贡献者，而另一种则贡献很校Fig.1-4.Schematicdiagramofpseudocapacitor图.1-4赝电容器结构赝电容电容器的比电容是普通EDLC的10-100倍[50]，但其差的电导率导致低循环稳定性和低功率密度。在电池中，除了插层和脱插层过程外，可逆氧化还原反应的法拉第电荷移位也导致了赝电容的存在[51]。赝电容器包括粘在电极上的金属集流体，这些金属集流体放置在带有隔膜的电解液中[52]。在赝电容器中，电极电势与电活性物质（电吸附的）的电荷存储相结合，得到吸附程度的连续对数函数[53,54]。因此，赝电容器电极显示出存储电荷与电荷电势的线性相关性。这种线性相关性导致了基于电子转移的电荷存储机制，而不是EDLC中离子的电荷积累[55]。没有双层电容，赝电容就不存在[56]。具有赝电容行为的过渡金属氧化物得到了广泛地探索，以增加长循环性能等电容器性能评估参数。由于过渡金属氧化物会经历快速且可逆的氧化还原反应，因此特别需要对其循环性能进行优化。在过渡金属氧化物中最早探索的材料是RuO2，由于其典型的电容特性，理论上能够产生1300Fg-1的赝电容。但根据最近的报道，已经实现了720Fg-1的比电容[57]。高电容产量的原因是其高的电化学可逆性和良好的循环能力。在RuO2中，由于电化学质子化反应[58]，电荷在电解质水溶液中发生以下存储：
第一章绪论13这种组合具有更高的工作电势，并产生更高的电容，是传统电容器以及EDLC和赝电容器的两倍至三倍。混合超级电容器的存储原理由EDLC和赝电容器的存储原理共同决定。EDLC的限制特性不存在于赝电容器中，反之亦然，它们的组合在一起会导致合并组件的局限性淡化，从而具有提供更高电容的优势。混合超级电容器是对称的还是非对称的，取决于组件的配置。由Li插入电极和碳电极组成的混合超级电容器的示意图如图1-5所示。Fig.1-5Schematicdiagramofahybridsupercapacitor图.1-5混合超级电容器原理图当混合超级电容器由两个由不同材料制成的不同电极组成时，其电化学行为要优于单个电极材料的超级电容器。混合系统保持良好循环稳定性，这是赝电容器成功制备的关键因素[65]。与对称EDLC相比，混合型超级电容器除具有类似于较高比能量的较高额定电压外，还具有更大的比能量。两个相似的电极可以组成对称的混合超级电容器，它由相似的EDLC和赝电容组件组成。两个不同电极的组装形成不对称混合超级电容器，使用最广泛的不对称混合超级电容器是AC和MnO2以及AC-Ni(OH)2[69]。所有可商购的混合超级电容器都是不对称的，而具有导电聚合物电极的超级电容器尤为重要[70]。在基于导电聚合物的混合系统中，导电聚合物进行氧化还原反应以存储和释放电荷。在氧化或掺杂过程中，离子转移到聚合物主链上，在还原或去掺杂过程中；离子被转移回溶液中。导电聚合物的使用为获得更高的比电容提供了机会。Amatucci的研究小组提出了一种基本的非对称混合超级电容器，该超级电容器由在有机电解质中与Li4Ti5O12结合的活性炭的正极（EDLC）和法拉第电极组成
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai. National Science Review. 2017(03)
本文编号：3215836
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3215836.html
