基于二硫化钼柔性同轴电极线形超级电容器的制备及性能研究

发布时间：2017-10-24 13:41

  本文关键词：基于二硫化钼柔性同轴电极线形超级电容器的制备及性能研究

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【摘要】：为了应对当今化石能源的短缺问题,以及日趋严重的环境污染问题,各国都在努力寻找可持续发展的新能源以及先进的储能技术。其中,我国将新能源和新材料列为七大战略性新产业。超级电容器作为一种新型储能器件,一直以来都是新能源的研究热点。它介于电解电容器和电池之间。和传统的电容器相比,其比容量和能量密度都有提高;与充电电池相比,其具有更高的功率密度和更长的循环寿命,可大电流快速充放电。在国防军工、航空航天、交通运输、电子信息和仪器仪表等领域具有广阔的应用前景。本文主要的研究内容如下:1.以钼酸铵和硫脲为原料,经水热反应成功制得Mo S_2纳米片,分析引起Mo S_2性能差异的几个因素:溶度,温度,时间。从中优化Mo S_2性能,为后续组装Ti/Ti O_2/Mo S_2纤维电极作准备。经实验得到优化条件为:浓度为钼酸铵(0.01M),硫脲(0.13M),温度为200o C,反应时间为9h。在此条件下的合成的Mo S_2,经过SEM、TEM和Raman表征,发现Mo S_2具有典型的层状结构,且片层的厚度为10nm,层间距是0.65nm。2.对选用的骨架(钛丝)表面作简单的修饰,引入Ti O_2缓冲层,辅助后期Mo S_2的生长,使Mo S_2分布的更均匀,更完整,结合的紧密。制备出同轴纤维电极Ti/Ti O_2/Mo S_2。同时采用SEM、TEM对Ti O_2表面和同轴电极的横断面作表征。采用Zeta电位分析Ti、Ti O_2、Mo S_2表面所带电荷的电性,发现引入带正电荷的Ti O_2将同带负电荷的骨架Ti和Mo S_2活性层结合的更紧密,从而提高电子传输速度,使得电容有明显的提高。具体来说,Ti/Ti O_2/Mo S_2电极的比电容较Ti/Mo S_2提高了88%。3.探索了Mo S_2纤维电极的电化学性能,发现Ti/Ti O_2/Mo S_2纤维电极,其比容量可达到230.2 F g-1(70.6 F cm-3),组装的纤维超级电容器,其能量密度为2.70 Wh kg-1(4.98 m Wh cm-3),功率密度为530.9 W kg-1(977.4 m W cm-3)。循环性能也做了对比,Ti/Ti O_2/Mo S_2超级电容器,循环2000次后,电容量保持为初始的89%。4.单根纤维电容器具有比容量高和循环寿命长的优点,但是受限于输出电压小,功率低,还难以在实际中应用。通过串并联组合,可以达到提高电压,增大功率的作用,且多个纤维电容器组合后仍能维持稳定的电学性能,为其在实际应用提供了可能。在本文中,8根纤维电容器分两组,这两组分别串联,并联,然后再串联在一起,能够稳定点亮5盏并联的LED灯(额定电压为2V)。5.本文还探索了纤维超级电容器的柔性和灵活性,如缠绕成弹簧状,或编织到纺织物中,发现其具有可拉伸,可弯曲,可编织的功能,表现出优异的可加工性。将其作为自供能紫外探测器系统的储能装置,将太阳能转换成的电能存储起来,提供电力。
【关键词】：二硫化钼 同轴电极 纤维超级电容器 柔性 智能纺织品
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-40
• 1.1 超级电容器的研究背景10-25
• 1.1.1 超级电容器的组成12-13
• 1.1.2 超级电容器的分类13-17
• 1.1.3 超级电容器的发展趋势17-18
• 1.1.4 线形柔性超级电容器18-21
• 1.1.5 纤维电极的制备方法21-25
• 1.2 超级电容器电极材料介绍25-30
• 1.2.1 炭材料25-27
• 1.2.2 导电聚合物27-28
• 1.2.3 金属氧化物28-30
• 1.3 二硫化钼的介绍30-36
• 1.3.1 二硫化钼的基本性质30-32
• 1.3.3 二硫化钼的应用32-36
• 1.4 本文的研究意义和结构安排36-40
• 第二章 实验条件及主要测试方法40-48
• 2.1 实验试剂40
• 2.2 实验所需仪器40-41
• 2.3 测试分析方法41-43
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）与X射线能谱分析（EDS）41-42
• 2.3.2 透射电子显微镜（TEM）与高分辨率的透射电镜（HRTEM）42
• 2.3.3 拉曼光谱分析（Raman）42-43
• 2.3.4 Zeta电位43
• 2.4 材料的电化学性能测试43-44
• 2.4.1 循环伏安测试 (CV)43-44
• 2.4.2 恒流充放电测试 (GCD)44
• 2.4.3 交流阻抗测试 (EIS)44
• 2.5 电化学相关数据的计算44-46
• 2.5.1 单电极比容量计算44-45
• 2.5.2 对称电容器能量密度、功率密度计算45-46
• 2.6 本章小结46-48
• 第三章 二硫化钼合成条件的研究48-60
• 3.1 MoS_2的合成方法48-51
• 3.2 MoS_2的形貌51-53
• 3.3 MoS_2水热合成的条件53-58
• 3.3.1 温度对电化学性能的影响54-55
• 3.3.2 浓度对电化学性能的影响55-56
• 3.3.3 时间对电化学性能的影响56-58
• 3.4 MoS_2的表征58
• 3.5 本章小结58-60
• 第四章 二硫化钼超级电容器电化学性能的研究60-72
• 4.1 同轴纤维电极的设计60-64
• 4.1.1 集流体的选择60-61
• 4.1.2 集流体的预处理61-64
• 4.2 电化学性能64-70
• 4.2.1 同轴纤维电极的电化学性能64-66
• 4.2.2 纤维超级电容器的电化学性能66-70
• 4.3 本章小结70-72
• 第五章 二硫化钼超级电容器柔性性能的研究72-76
• 5.1 可编织72-73
• 5.2 可拉伸73
• 5.3 自供能系统73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 全文总结与展望76-80
• 6.1 全文总结76-77
• 6.2 主要的创新点77
• 6.3 工作中存在的问题及展望77-80
• 致谢80-82
• 参考文献82-90
• 攻读硕士学位期间发表的论文90

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本文编号：1089022