基于复合纳米材料的超级电容器的设计、制备和电化学性能研究
发布时间：2021-07-06 11:34
随着不断增长的能源需求,不断恶化的自然环境和日益枯竭的化石燃料,设计和发展高效稳定的能量存储和转化器件已经成为储能技术领域重要挑战。超级电容器,作为连接传统电容器和电池的桥梁,由于其超高的能量密度、迅速完成充放电过程的特质和优异的循环稳定性引起了科研工作者的广泛兴趣。根据电容器的电极材料和储能机理,超级电容器大概可以分为两类:双极板型电容器和赝电容器。一般来讲,双极板型电容器表现出超高的功率密度（10.0 kW kg-1）和优异的循环稳定性能（10000次循环）。赝电容器则表现出超高的比容量和能量密度（100 Wh kg-1）。为了协同利用双极板型电容器高功率密度和赝电容器高能量密度的优点,我们提出设计和发展基于赝电容电极材料和双极板型超级电容器的电极材料的复合纳米结构。主要研究内容和结果如下:1.采用简单的沉积和干燥方法在NiCo2O4纳米片基底上沉积氧化石墨烯,随后采用化学还原的方法得到了组分和形貌可控的NiCo2O4和还原的氧化石墨烯（rGO）的复合纳米结构。由于互为联通多孔的结构和奇特的电子结构,NiCo2O4@rGO复合纳米结构电极表现出较高的导电率,较多的电化学活性位点和较...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（ａ）超级电容器的结构示意图；（ｂ）双极板电容器，赝电容和电池的储能机??［５５、６３］
?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??Ｉ?Ｃａｒｂｏｎ－ｂａｓｅｄ?ａｃｔｉｖｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?Ｐｓｅｕｄｏ－ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ?ａｃｔｉｖｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??图１．２?（ａ）超级电容器的结构示意图；（ｂ）双极板电容器，赝电容和电池的储能机??理示意图［５５、６３］。??超级电容器由电极、电解质、隔膜和若干引线构成（如图１．２ａ）。其中超级电??容器的电极往往是由电化学活性材料、导电胶、粘合剂和集流器构成，但是导电??胶和粘合剂通常会导致部分电化学活性物质失去活性，因此基于无粘合剂和导电??胶的直接在集流器上“生长”电化学活性材料的策略被提出来并且得到了广泛的研??究［６４＿６７］。根据成分来分，超级电容器的电解质可以分为有机电解质和无机电解质；??根据形态来分，超级电容器可以分为固态电解质，半固态电解质和液态电解质。??并且不同的电解质表现出不同的特征（例如：有机电解质往往表现出更高的电压??窗ＩＩ，然而导电性往往耍低于尤机电解质；固态电解质在安全性和Ｉ：作电压参数??等方面表现出巨大优势，但在电子输运和离子扩散效率方面却表现出诸多不足），??Ｗ此在设ｉｌ?？特定功能的超级电容器的过程中，需要协同利用不同电极材料和电解??质的特质１６８＿７｜］。通常
?第一章绪论??（Ｓｔｅｍ），另夕卜一个区域为扩散层（如图１．３（ｃ）所示）。其中，紧密层可以进一步分??为靠近电极的ＩＨＰ层和较远的ＯＨＰ层，并且其离子分布类似于Ｈｅｌｎｉｈｏｌｔｚ双电??层模型结构；在扩散层中离子分布类似于Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ双电层模型结构。因此??在整个施特恩（Ｓｔｅｍ）模型中，双极板电容可以看作是由紧密层电容和扩散层电??容串联，表达式为：??—＝?１??（１－３）??ｃｄｌ?ＣＨ?Ｃ?ｄｉｆｆ??１．３．４赝电容电容器的储能原理??Ｕｎｄｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌ?Ｒｅｄｏｘ?Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ??Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ?Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ??／?ａ?／?／／??＾?＾＾?＾?＾?Ｐｒｏｔｏｎ?（Ｈ＋）?Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ?Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ?ｉｏｎ??＾?＾?ｐ?＾?＾?ｉｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ｈｏｓｔ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｉｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??誉淺？？?卜Ｉ碟」?ｉ?ｆ?？?？??Ｃ?Ｃ?〇?Ｗ?Ａ?Ｚ?＞＞？？３??！碑。?ｊ?Ｉ?＃??Ｓ?ｚｅ＊?ＳＭ?Ｏｘ?＋?ｚｅ￣?＝?Ｒｅｄ?ＭｙＡｚ?＋?ｘＬｉ＊?＋?ｘｅ￣?ｆ＝＊?Ｌｉｘ?ＭｙＡｚ??Ｏ２＇?＾?ｉｎ－ｌａｔｔｉｃｅ??、??＾??Ｅ?＝?Ｅ〇？罢＇ｎｉ＾ｊ??图１．４基于不同的法拉第过程赝电容的储能机理示意图??赝电容器是法拉第能量存储器件，它是通过在电极表面／表面附近发生可逆快??速的氧化还原反应存储能量。这一过程和双极板电容器的储能机理完全不同，不??是单纯的依靠静电荷聚集在电极表面
【参考文献】：
博士论文
[1]超级电容器用3D石墨烯材料的设计、制备和电化学性能研究[D]. 黄海富.南京大学 2015
本文编号：3268164
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（ａ）超级电容器的结构示意图；（ｂ）双极板电容器，赝电容和电池的储能机??［５５、６３］
?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??Ｉ?Ｃａｒｂｏｎ－ｂａｓｅｄ?ａｃｔｉｖｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?Ｐｓｅｕｄｏ－ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ?ａｃｔｉｖｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??图１．２?（ａ）超级电容器的结构示意图；（ｂ）双极板电容器，赝电容和电池的储能机??理示意图［５５、６３］。??超级电容器由电极、电解质、隔膜和若干引线构成（如图１．２ａ）。其中超级电??容器的电极往往是由电化学活性材料、导电胶、粘合剂和集流器构成，但是导电??胶和粘合剂通常会导致部分电化学活性物质失去活性，因此基于无粘合剂和导电??胶的直接在集流器上“生长”电化学活性材料的策略被提出来并且得到了广泛的研??究［６４＿６７］。根据成分来分，超级电容器的电解质可以分为有机电解质和无机电解质；??根据形态来分，超级电容器可以分为固态电解质，半固态电解质和液态电解质。??并且不同的电解质表现出不同的特征（例如：有机电解质往往表现出更高的电压??窗ＩＩ，然而导电性往往耍低于尤机电解质；固态电解质在安全性和Ｉ：作电压参数??等方面表现出巨大优势，但在电子输运和离子扩散效率方面却表现出诸多不足），??Ｗ此在设ｉｌ?？特定功能的超级电容器的过程中，需要协同利用不同电极材料和电解??质的特质１６８＿７｜］。通常
?第一章绪论??（Ｓｔｅｍ），另夕卜一个区域为扩散层（如图１．３（ｃ）所示）。其中，紧密层可以进一步分??为靠近电极的ＩＨＰ层和较远的ＯＨＰ层，并且其离子分布类似于Ｈｅｌｎｉｈｏｌｔｚ双电??层模型结构；在扩散层中离子分布类似于Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ双电层模型结构。因此??在整个施特恩（Ｓｔｅｍ）模型中，双极板电容可以看作是由紧密层电容和扩散层电??容串联，表达式为：??—＝?１??（１－３）??ｃｄｌ?ＣＨ?Ｃ?ｄｉｆｆ??１．３．４赝电容电容器的储能原理??Ｕｎｄｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌ?Ｒｅｄｏｘ?Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ??Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ?Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ??／?ａ?／?／／??＾?＾＾?＾?＾?Ｐｒｏｔｏｎ?（Ｈ＋）?Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ?Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ?ｉｏｎ??＾?＾?ｐ?＾?＾?ｉｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ｈｏｓｔ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｉｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??誉淺？？?卜Ｉ碟」?ｉ?ｆ?？?？??Ｃ?Ｃ?〇?Ｗ?Ａ?Ｚ?＞＞？？３??！碑。?ｊ?Ｉ?＃??Ｓ?ｚｅ＊?ＳＭ?Ｏｘ?＋?ｚｅ￣?＝?Ｒｅｄ?ＭｙＡｚ?＋?ｘＬｉ＊?＋?ｘｅ￣?ｆ＝＊?Ｌｉｘ?ＭｙＡｚ??Ｏ２＇?＾?ｉｎ－ｌａｔｔｉｃｅ??、??＾??Ｅ?＝?Ｅ〇？罢＇ｎｉ＾ｊ??图１．４基于不同的法拉第过程赝电容的储能机理示意图??赝电容器是法拉第能量存储器件，它是通过在电极表面／表面附近发生可逆快??速的氧化还原反应存储能量。这一过程和双极板电容器的储能机理完全不同，不??是单纯的依靠静电荷聚集在电极表面
【参考文献】：
博士论文
[1]超级电容器用3D石墨烯材料的设计、制备和电化学性能研究[D]. 黄海富.南京大学 2015
本文编号：3268164
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