基于多元过渡金属化合物材料构筑不对称超级电容器研究
发布时间：2022-01-23 08:16
超级电容器作为一种新型的储能装置,兼具传统电容器和电池的优点,因而吸引了全球研究者们的关注。但实际应用中仍受到能量密度低的限制,根据能量密度的计算公式:E=1/2 CV2可知,提高能量密度主要有以下两种途径:一种是设计制备具有高比容量（C）的新型电极材料;另一种是组装不对称超级电容器以获得宽的电压窗口（V）。本论文主要通过设计制备二元金属氧化物(W0.4Mo0.6O3纳米针)、稀土元素掺杂的金属氧化物（Ce掺杂的NiMoO4纳米片）、二元金属氧化物纳米复合材料（Fe3O4@Bi2O3）、氢氧化物复合材料（NiMoO4@NiCo-LDH纳米复合材料）以及生物质碳材料作为电极材料,匹配适当的水系电解液,构筑新型的不对称超级电容器,从而有效提升器件的整体性能。本论文的主要研究内容和结果如下:1、通过无表面活性剂辅助的一步水热法制备得到新型二元钨钼氧化物(W0.4
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统电容器、电池与超级电容器的特征比较图
第一章绪论3针对超级电容器目前所存在的这些难点和挑战，我们应从其电极材料的结构和原理进行分析和深入研究以更好的解决这些问题。1.2.3超级电容器的结构和分类1.2.3.1超级电容器的结构图1-2为超级电容器的结构图，从图中我们可以清楚的认识到超级电容器是由电活性材料、隔膜、集流体和电解液构成的。其中电极材料的活性与电解质溶液的选取，对器件的整体性能有至关重要的作用。图1-2超级电容器结构示意图。Figure1-2Schematicofthesupercapacitors.（1）电极材料一般具有大的比表面积，导电性好等特点，是超级电容器的核心组成部分[12]。常见的电极材料分别有：碳基材料、导电聚合物、金属化合物及复合材料。（2）隔膜其主要作用是将正负极隔绝，避免发生短路现象。对隔膜的一般要求是：①耐腐蚀，电化学稳定性强；②资源丰富，廉价易得；③材料是电子导体的绝缘体；④具有良好的电解液的浸润性。（3）集流体是将电极材料所产生的电流汇集成较大的电流后对外输出。所以选择集流体要求为：①优良的导电性和较低的内阻；②集流体不与电极材料发生反应；③集流体不与电解液发生反应[13,14]。（4）电解液其酸碱性的选择会直接影响器件的性能。一般选用电化学稳定性好、环境友好（无毒无污染）、可操作温度范围大、电导率高且内阻较孝与活性电极材料相匹配、低成本等优点的电解液。目前，电解液的研究主要有以下几种：
第一章绪论5图1-3（a）静电电容器，（b）双电层电容器，（c）赝电容器，（d）混合超级电容器的示意图。Figure1-3Schematicdiagramof(a)anelectrostaticcapacitor,(b)anelectricdouble-layercapacitor,(c)apseudocapacitor,and(d)ahybrid-capacitor.1.2.4.1双电层电容器的储能机理双电层电容器是根据双电层理论而设计构建的一种器件[36]。在外加电场的作用下进行充电过程中，两个工作电极上分别聚集正负电荷，吸引电解液中的阴/阳离子分别向正/负极迁移，形成了离子层，与正负电荷形成定向排布的双电层。放电过程中随着外电路释放出电子，电极上所聚积的阴/阳离子重新释放进入电解液中，是充电的逆过程。因此这种基于电极材料和电解质离子之间双电层界面的形成来存储电化学能量的设备，称为双电层电容器（EDLC），如图1-4所示。图1-4双电层理论模型示意图：（a）Helmholtz模型，（b）Gouy-Chapman模型，（c）Stern模型。Figure1-4EDLCmodels:(a)Helmholtzmodel,(b)Gouy–Chapmanmodel,and(c)Sternmodel.
【参考文献】：
期刊论文
[1]NiMoO4纳米颗粒的溶胶-凝胶法合成及其组织、形貌、光学、磁学和光催化性能（英文）[J]. V.UMAPATHY,P.NEERAJA,A.MANIKANDAN,P.RAMU. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(08)
[2]Progress in electrical energy storage system:A critical review[J]. Thang Ngoc Cong. Progress in Natural Science. 2009(03)
本文编号：3603954
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统电容器、电池与超级电容器的特征比较图
第一章绪论3针对超级电容器目前所存在的这些难点和挑战，我们应从其电极材料的结构和原理进行分析和深入研究以更好的解决这些问题。1.2.3超级电容器的结构和分类1.2.3.1超级电容器的结构图1-2为超级电容器的结构图，从图中我们可以清楚的认识到超级电容器是由电活性材料、隔膜、集流体和电解液构成的。其中电极材料的活性与电解质溶液的选取，对器件的整体性能有至关重要的作用。图1-2超级电容器结构示意图。Figure1-2Schematicofthesupercapacitors.（1）电极材料一般具有大的比表面积，导电性好等特点，是超级电容器的核心组成部分[12]。常见的电极材料分别有：碳基材料、导电聚合物、金属化合物及复合材料。（2）隔膜其主要作用是将正负极隔绝，避免发生短路现象。对隔膜的一般要求是：①耐腐蚀，电化学稳定性强；②资源丰富，廉价易得；③材料是电子导体的绝缘体；④具有良好的电解液的浸润性。（3）集流体是将电极材料所产生的电流汇集成较大的电流后对外输出。所以选择集流体要求为：①优良的导电性和较低的内阻；②集流体不与电极材料发生反应；③集流体不与电解液发生反应[13,14]。（4）电解液其酸碱性的选择会直接影响器件的性能。一般选用电化学稳定性好、环境友好（无毒无污染）、可操作温度范围大、电导率高且内阻较孝与活性电极材料相匹配、低成本等优点的电解液。目前，电解液的研究主要有以下几种：
第一章绪论5图1-3（a）静电电容器，（b）双电层电容器，（c）赝电容器，（d）混合超级电容器的示意图。Figure1-3Schematicdiagramof(a)anelectrostaticcapacitor,(b)anelectricdouble-layercapacitor,(c)apseudocapacitor,and(d)ahybrid-capacitor.1.2.4.1双电层电容器的储能机理双电层电容器是根据双电层理论而设计构建的一种器件[36]。在外加电场的作用下进行充电过程中，两个工作电极上分别聚集正负电荷，吸引电解液中的阴/阳离子分别向正/负极迁移，形成了离子层，与正负电荷形成定向排布的双电层。放电过程中随着外电路释放出电子，电极上所聚积的阴/阳离子重新释放进入电解液中，是充电的逆过程。因此这种基于电极材料和电解质离子之间双电层界面的形成来存储电化学能量的设备，称为双电层电容器（EDLC），如图1-4所示。图1-4双电层理论模型示意图：（a）Helmholtz模型，（b）Gouy-Chapman模型，（c）Stern模型。Figure1-4EDLCmodels:(a)Helmholtzmodel,(b)Gouy–Chapmanmodel,and(c)Sternmodel.
【参考文献】：
期刊论文
[1]NiMoO4纳米颗粒的溶胶-凝胶法合成及其组织、形貌、光学、磁学和光催化性能（英文）[J]. V.UMAPATHY,P.NEERAJA,A.MANIKANDAN,P.RAMU. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(08)
[2]Progress in electrical energy storage system:A critical review[J]. Thang Ngoc Cong. Progress in Natural Science. 2009(03)
本文编号：3603954
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