钼基金属氧化物的合成及其在高能量密度超级电容器中的应用
发布时间：2021-06-22 12:04
超级电容器（supercapacitor）又称电化学电容器（electrochemical capacitor）,是一种介于传统电容器与电池之间的新型储能装置,具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽、免维护以及与环境友好等特点,可应用于智能电网、电动公交车、消费电子产品、智能可穿戴器件等领域。然而,与可充电电池相比,其较低的能量密度限制了其作为独立电源得到更广泛的应用。为了提高超级电容器的能量密度,基于赝电容存储机理的过渡金属氧化物的研究是近年来超级电容器电极材料的研究热点。其中钼基金属氧化物（如氧化钼和钼酸镍）由于具有高的理论比容量、高的电化学活性、丰富的储量、低廉的成本和与环境友好等特点,成为赝电容电极材料的优秀候选。特别是具有二维层状结构的正交相三氧化钼（α-MoO3）,作为一种新颖的插入式赝电容材料,其电荷存储不仅限于表面的法拉第氧化还原反应,电解质阳离子还可以在层状晶体结构内部快速的嵌入/脱出,其电荷存储行为介于传统赝电容行为和电池行为之间,有望为器件提供更高的能量密度。本文以钼基金属氧化物为研究对象,探讨了提高其电导率、比电容、充放电...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同能源存储机理之间的关系示意图[1]
华中科技大学博士学位论文3我们都知道，可逆电池主要是由于电极材料与电解液离子发生彻底的氧化还原反应，电解液离子深入电极材料内部，进行重复的嵌入/脱嵌反应，如图1-2（a）所示，所以它具有很高的比容量和能量密度，与此同时，较低的功率密度是限制其发展的一大挑战，因此，针对可逆电池，如何提高其功率密度是研究的一个重点。图1-2不同储能机理示意图：（a）可逆电池，（b）超级电容器，（c）插入式赝电容器[1]。Fig.1.2Schematicofdifferentchargestoragemechanisms:(a)rechargeablebattery,(b)supercapacitor,and(c)intercalationpseudocapacitance[1].超级电容器的反应机理与可逆电池不同，双电层电容器的工作原理，如图1-2（b）的右图所示，整个过程中不发生氧化还原反应，只发生电荷的静电吸附/脱附的物理过程，并分别在正负两电极与电解液之间形成两个界面层，且两者具有符号相反数量相同的电荷量。这是一种静电型能量存储方式，故而具有超高的倍率性能、功率密度和优异的循环稳定性。另外，赝电容器的储能机制如图1-2（b）左图所示，充电时正负两极材料与电解液离子会在两者的接触界面发生表面的氧化还原反应，该反应是高度可逆的，并且它的电压与电极上得到或释放的电荷几乎成线性关系，故而称之为
华中科技大学博士学位论文5图1-3对称型超级电容器结构示意图：（a）双电层电容器，（b）赝电容器[2]。Fig.1.3Schematicofsymmetricsupercapacitor:(a)EDLC,and(b)pesudosupercapacitor[2].图1-4非对称超级电容器结构示意图：（a）两电极一为EDLC材料，一为赝电容材料，（b）两电极为不同的赝电容材料[2]。Fig.1.4Schematicofasymmetricsupercapacitor:(a)apseudocapacitivenegativeelectrodewithanEDLCpositiveelectrode,(b)pseudocapacitiveasbothelectrods[2].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Pseudocapacitive materials for electrochemical capacitors:from rational synthesis to capacitance optimization[J]. Jie Wang,Shengyang Dong,Bing Ding,Ya Wang,Xiaodong Hao,Hui Dou,Yongyao Xia,Xiaogang Zhang. National Science Review. 2017(01)
[2]超级电容器的应用[J]. 陈雪丹,陈硕翼,乔志军,傅冠生,阮殿波. 储能科学与技术. 2016(06)
本文编号：3242802
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同能源存储机理之间的关系示意图[1]
华中科技大学博士学位论文3我们都知道，可逆电池主要是由于电极材料与电解液离子发生彻底的氧化还原反应，电解液离子深入电极材料内部，进行重复的嵌入/脱嵌反应，如图1-2（a）所示，所以它具有很高的比容量和能量密度，与此同时，较低的功率密度是限制其发展的一大挑战，因此，针对可逆电池，如何提高其功率密度是研究的一个重点。图1-2不同储能机理示意图：（a）可逆电池，（b）超级电容器，（c）插入式赝电容器[1]。Fig.1.2Schematicofdifferentchargestoragemechanisms:(a)rechargeablebattery,(b)supercapacitor,and(c)intercalationpseudocapacitance[1].超级电容器的反应机理与可逆电池不同，双电层电容器的工作原理，如图1-2（b）的右图所示，整个过程中不发生氧化还原反应，只发生电荷的静电吸附/脱附的物理过程，并分别在正负两电极与电解液之间形成两个界面层，且两者具有符号相反数量相同的电荷量。这是一种静电型能量存储方式，故而具有超高的倍率性能、功率密度和优异的循环稳定性。另外，赝电容器的储能机制如图1-2（b）左图所示，充电时正负两极材料与电解液离子会在两者的接触界面发生表面的氧化还原反应，该反应是高度可逆的，并且它的电压与电极上得到或释放的电荷几乎成线性关系，故而称之为
华中科技大学博士学位论文5图1-3对称型超级电容器结构示意图：（a）双电层电容器，（b）赝电容器[2]。Fig.1.3Schematicofsymmetricsupercapacitor:(a)EDLC,and(b)pesudosupercapacitor[2].图1-4非对称超级电容器结构示意图：（a）两电极一为EDLC材料，一为赝电容材料，（b）两电极为不同的赝电容材料[2]。Fig.1.4Schematicofasymmetricsupercapacitor:(a)apseudocapacitivenegativeelectrodewithanEDLCpositiveelectrode,(b)pseudocapacitiveasbothelectrods[2].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Pseudocapacitive materials for electrochemical capacitors:from rational synthesis to capacitance optimization[J]. Jie Wang,Shengyang Dong,Bing Ding,Ya Wang,Xiaodong Hao,Hui Dou,Yongyao Xia,Xiaogang Zhang. National Science Review. 2017(01)
[2]超级电容器的应用[J]. 陈雪丹,陈硕翼,乔志军,傅冠生,阮殿波. 储能科学与技术. 2016(06)
本文编号：3242802
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