利用纳米颗粒悬浮液减缓超级电容器自放电的研究
发布时间：2021-11-24 22:22
基于双电层机制的超级电容器（SC）具有超长的使用寿命和高度的可靠性,已成为周期性能量存储的重要储能器件。然而,由于快速自放电（self-discharge,SDC）过程导致的能量损失是超级电容器仍然面临一大挑战。目前研究表明,超级电容器自放电机理有法拉第电荷转移,扩散控制的法拉第过程,以及泄漏电流等几种。不同电极材料和电解质SC系统可能会遇到不同的SDC机制。本论文提出使用高介电材料钛酸钡（BaTiO3）纳米颗粒作为电流变材料分散在离子液体1-乙基-3甲基-咪唑四氟硼酸盐（EMIMBF4）作为电解液减缓超级电容器自放电。电流变材料是一种新型的功能材料,具有广泛的应用前景。关于电流变材料,大部分电流变液是由固体颗粒分散在非极性液体中制得的悬浮液,电流变液体中的固体颗粒材料称为电流变材料。电流变液体中的固体颗粒材料（电流变材料）一般为有机半导体材料、无机非金属材料和高分子半导体材料。电流变液体的重要组成部分是分散相和分散介质。作为分散相的应该是具有电流变活性的固体颗粒材料（电流变材料）,作为分散介质的应该是绝缘油或其它的非导电型的液体。电流变液在...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双电层机理:(a)Helmholtz模型，(b)Gouy-Chapman模型，(c)Stern模型（Q：双层厚度上的电势；X：距电极表面的距离）
上海师范大学硕士学位论文第1章引言15长等优点，继而受到科学家的关注并对其开展广泛细致的研究。双电层超级电容器的优点包括：额定功率高，循环寿命和效率高，可在宽温度范围内运行，对环境的关注度低，几乎不需要维护或安全性高。电容器的能量和电压的关系如下：E=122（1.5.3.1）E是超级电容器的能量，C是超级电容器的电容，V是超级电容器的电压。超级电容器的能量和电压的平方成正比，电压的削减严重影响电容器的质量，使得与电池的竞争性减校到现在为止，科研工作者已研究出减缓超级电容器的多种方法。例如，ZixingWang等人使用基于通过硅—氧键和热塑性聚氨酯（BISE）与EMIMBF4离子液体交联的膨润土，设计使用BISE固态电解液慢自放电的超级电容器，解决超级电容器的自放电过快问题[13]。如图1.5.3.1。(a)(b)图1.5.3.1(a)液体电解质和固态BISE电解质的示意图；(b)传统超级电容器和BISE固态超级电容器的开路电势衰减[13]实验结果表示，使用BISE固态电解液的超级电容器和使用离子液体的传统超级电容器相比，具有显著的低自放电状态，放电60h后，电压只下降了28.9%，而使用离子液体的传统超级电容器放电12h后电压就下降40.1%。LibinChen[16]等人使用两种方式来阻止两电极间电解液的移动。（1）使用Nafion117离子交换膜作为电容器的隔膜，以阻挡活性电解液的移动，（2）使用CuSO4特殊活性物质在充电过程中电化学反应发生时可转换成不可溶物质沉积在电极表面。两种减缓超级电容器自放电的方式机理如图：
上海师范大学硕士学位论文第1章引言16(a)(b)(c)(d)图1.5.3.2(a)使用离子交换膜作为隔离器；(b)使用特殊电解质在充电过程中转化成不可溶物质；(c)以恒电流10mA的电流充至0.8V装置2和3的自放电曲线；(d)以恒电流10mA的电流充至0.8V装置2和4的自放电曲线。第一种方式电解液中含有两种电解质，氢醌（hydroquinone，HQ），对苯醌（p-benzoquinone，BQ），两种电解质的反应如式：HQ=BQ+2++2(1.5.3.2)使用Nafion117离子交换膜的电容器只能允许H+的移动，而抑制氧化物的移动，电压以0.8V降到0.3V好是4686s，是不使用离子交换膜传统电容器放电时间（1462s）的3倍。使用方式（2）的电容器电压从0.8V降到0.3V耗时7727s，明显抑制自放电。TeteTevi等人提出在电极上覆盖一层薄的绝缘层，这种绝缘层用聚苯醚（PPO）材料制成[14]，可以减少在双电层电容器中的泄漏电流，从而减缓超级电容器的自放电。在超级电容器中电解液双电层机理如图所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]隔膜对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响（英文）[J]. 孙现众,张熊,黄博,马衍伟. 物理化学学报. 2014(03)
本文编号：3516865
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双电层机理:(a)Helmholtz模型，(b)Gouy-Chapman模型，(c)Stern模型（Q：双层厚度上的电势；X：距电极表面的距离）
上海师范大学硕士学位论文第1章引言15长等优点，继而受到科学家的关注并对其开展广泛细致的研究。双电层超级电容器的优点包括：额定功率高，循环寿命和效率高，可在宽温度范围内运行，对环境的关注度低，几乎不需要维护或安全性高。电容器的能量和电压的关系如下：E=122（1.5.3.1）E是超级电容器的能量，C是超级电容器的电容，V是超级电容器的电压。超级电容器的能量和电压的平方成正比，电压的削减严重影响电容器的质量，使得与电池的竞争性减校到现在为止，科研工作者已研究出减缓超级电容器的多种方法。例如，ZixingWang等人使用基于通过硅—氧键和热塑性聚氨酯（BISE）与EMIMBF4离子液体交联的膨润土，设计使用BISE固态电解液慢自放电的超级电容器，解决超级电容器的自放电过快问题[13]。如图1.5.3.1。(a)(b)图1.5.3.1(a)液体电解质和固态BISE电解质的示意图；(b)传统超级电容器和BISE固态超级电容器的开路电势衰减[13]实验结果表示，使用BISE固态电解液的超级电容器和使用离子液体的传统超级电容器相比，具有显著的低自放电状态，放电60h后，电压只下降了28.9%，而使用离子液体的传统超级电容器放电12h后电压就下降40.1%。LibinChen[16]等人使用两种方式来阻止两电极间电解液的移动。（1）使用Nafion117离子交换膜作为电容器的隔膜，以阻挡活性电解液的移动，（2）使用CuSO4特殊活性物质在充电过程中电化学反应发生时可转换成不可溶物质沉积在电极表面。两种减缓超级电容器自放电的方式机理如图：
上海师范大学硕士学位论文第1章引言16(a)(b)(c)(d)图1.5.3.2(a)使用离子交换膜作为隔离器；(b)使用特殊电解质在充电过程中转化成不可溶物质；(c)以恒电流10mA的电流充至0.8V装置2和3的自放电曲线；(d)以恒电流10mA的电流充至0.8V装置2和4的自放电曲线。第一种方式电解液中含有两种电解质，氢醌（hydroquinone，HQ），对苯醌（p-benzoquinone，BQ），两种电解质的反应如式：HQ=BQ+2++2(1.5.3.2)使用Nafion117离子交换膜的电容器只能允许H+的移动，而抑制氧化物的移动，电压以0.8V降到0.3V好是4686s，是不使用离子交换膜传统电容器放电时间（1462s）的3倍。使用方式（2）的电容器电压从0.8V降到0.3V耗时7727s，明显抑制自放电。TeteTevi等人提出在电极上覆盖一层薄的绝缘层，这种绝缘层用聚苯醚（PPO）材料制成[14]，可以减少在双电层电容器中的泄漏电流，从而减缓超级电容器的自放电。在超级电容器中电解液双电层机理如图所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]隔膜对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响（英文）[J]. 孙现众,张熊,黄博,马衍伟. 物理化学学报. 2014(03)
本文编号：3516865
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