超级电容器用棉纤维基活性碳电极材料制备与研究

发布时间：2020-03-30 15:37

【摘要】：(1)本文针对EMIM·BF4离子液体,采用不同质量比的磷酸浸渍生物质前驱体棉纤维并高温活化得到CPn活性碳材料,研究了不同浸渍比对前驱体棉花的活化结果影响,得到了低磷酸浸渍比有利于活性碳微孔发展,高磷酸浸渍比有利于活性碳中大孔发展的结论,在本文的实验方法中,磷酸质量浸渍比为0.75时得到比表面积1818 m~2·g~(-1)、0.2 A·g~(-1)电流密度下放电比容量179 F·g~(-1)的活性碳材料CP0.75。再通过KOH活化进一步将CP0.75的孔道结构优化得到CP0.75-K活性碳材料,CP0.75经KOH扩孔后比表面积提高至2855 m~2·g~(-1),并且孔容孔径也得到了很大的发展,更加适合电解质离子的储存,0.2 A·g~(-1)电流密度充放电时比容量可以达到226 F·g~(-1),能量密度由78 Wh·kg~(-1),提高到110 Wh·kg~(-1),可以作为离子液体体系实现高功率高能量密度的活性碳材料。(2)本文针对钛酸锂导电性差、大电流充放电时极化严重、会催化电解液的分解导致循环容量降低的问题,通过将钛酸锂球磨细化粒径并进行碳包覆的方法,将钛酸锂在4C、5C、10C下放电比容量由原来的68 mAh·g~(-1)、61 mAh·g~(-1)、41 mAh·g~(-1)提高到了134 mAh·g~(-1)、133 mAh·g~(-1)、124 mAh·g~(-1)并且在5C循环300圈后仍保持120 mAh·g~(-1),粒径的减小缩短了锂离子的迁移距离,材料可以更快的响应大电流充放电,碳包覆层的存在有效提升了材料的导电性,减小极化,并且阻隔了钛酸锂与电解液的直接接触,抑制了钛酸锂对电解液分解的催化作用,提高了其倍率循环性能,与活性碳正极匹配成锂离子电容器后在功率密度223.4W·kg~(-1)时能量密度达到86 Wh·kg~(-1)。由于目前离子液体成本较高,因此可以通过锂离子电容器实现高功率密度,高能量密度储能器件的产业化应用。
【图文】：

模型图,斯特恩,亥姆霍兹,模型

目前电化学电容器中发展最快的，并且在市场上得到现产业化的基础就是其使用不同形式的碳材料作为碳材料的研究与认识也已经比较成熟。级电容器（EDLC）电容器指两极电极材料为对称材料组分相同，一般特EDLC 通过非法拉第反应进行储能，即在充电状态下子，负极吸附阳离子，在电极-电解液界面形成两个双致整个单元组件中存在一个电位差。双电层概念最早姆霍兹（Helmholtz）[3]提出，Helmholtz 双电层模型会形成间距为一个原子尺寸的两种带相反电性的电荷

双电层电容器

随后 Stern[4]将早期的亥姆霍兹模型和更加准确的 Gouy-Chapman 模型结在电极-电解液界面存在两个离子分布区域：一个内部区域的紧密层（Ste一个扩散层[5]。近年来，Huang 等人[6-7]对多孔材料表面的双电层建模提一种方法。他们探索模型是基于密度泛函理论计算、实验数据的分析以及入适当的曲率条件，以考虑孔壁的曲率来计算电容，当这个模型延伸到传电层模型时，，对各种各样的碳和电解液显示了普遍性。双电层电容器的两个主要属性是功率密度和能量密度，用单位质量或者单的能量（比能量）和功率来表示。每个界面电荷 Q（C）以及电势差 V（V着储存在电容器中的能量 E（J），其能量与电容器的电容成比例即 =12 2（1双电层电容器的构造如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM53;TQ127.11

【参考文献】