预锂化炭基负极混合型超级电容器的研究

发布时间：2020-10-23 08:30

　　 本文采用化学气相沉积法合成多壁碳纳米管(MWCNTs),采用等离子体法制备氟化多壁碳纳米管(CF_X)。以预嵌锂炭基材料作为负极,活性炭(AC)作为正极,组装成混合型超级电容器(HSC)并研究其电化学性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、拉曼光谱仪(Raman)、热重分析仪(TGA)和比表面及空隙度测试仪(BET)对电极材料进行详细分析,通过恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究混合型超级电容器的电化学性能。主要研究成果如下:1、利用内部短路法制备得到预嵌锂石墨作电极的极片,以预嵌锂石墨作为负极,活性炭(AC)作为正极,组装成混合型超级电容器并研究其电化学性能。实验测试结果表明,对石墨进行预嵌锂后,能够消除石墨电极中的部分不可逆容量,并提高电容器的电化学性能。在电流密度为0.05~3 A/g范围内,预嵌锂石墨作电极的电容器最高比电容为40.34 F/g(0.05 A/g),最大能量密度为64.62Wh/kg(0.05 A/g)和最大功率密度为4028.42 W/kg(3 A/g),在经过3000次循环后仍有73.3%的容量保持率,显示出较良好的应用前景。2、以稳定锂金属粉末(SLMP)/多壁碳纳米管(MWCNTs)作为负极,活性炭(AC)作为正极,组装成混合型超级电容器并研究其电化学性能。实验测试结果表明,嵌入适量SLMP可消除碳纳米管固有的大部分不可逆容量,并提高电容器的电化学性能。在电流密度为0.05 A/g时,预嵌锂碳纳米管混合型超级电容器的比电容可达到85.18 F/g。在电流密度为0.05~4 A/g范围内,最大能量密度和最大功率密度分别为140.4 Wh/kg和5.25 KW/kg,且经过3000次循环后,容量保持率仍在82%左右,展现出高的能量密度和功率密度,并具有良好的循环性能。3、以稳定锂金属粉末(SLMP)/氟化多壁碳纳米管(CF_X)作为负极,活性炭(AC)作为正极,组装成混合型超级电容器并研究其电化学性能。实验测试结果表明,利用SLMP制备预嵌锂氟化多壁碳纳米管作电极的极片,其反应生成的产物氟化锂(LiF),可以稳定的存在于电极表面,并能有效的阻止有机电解液对电极表面的腐蚀作用和防止锂的枝状晶体的形成。当预嵌锂CF_(0.59)作电极时,在电流密度为0.05 A/g下恒流充放电,比电容可达到135.9 F/g;在电流密度为0.05~4 A/g范围内,最大功率密度和最大能量密度分别为6454.8 W/kg和172.2Wh/kg。在经过3000次恒流充放电循环后,容量保持率仍在92.2%以上,库伦效率仍有99.1%。展现出高的能量密度和功率密度,并具有优异的循环性能。
【学位单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM53
【部分图文】：

HSC的储能原理图(a)和EDLC与HSC在充电期间正负极的电位分布(b)

图 1.2 不同种类的 CNTs 结构备碳纳米管的方法共有三种，分别为：电弧放电法，催。电弧放电法，是最早的碳纳米管制备方法，多用于制备单壁样品放置真空反应炉中并保证内部充满一定压强的惰性气

图 1.3 氟化单壁碳纳米管的结构及其破坏示意图目前制备氟化碳纳米管的方法共有两种分别为：直接氟化法和等离子体法。（1）直接氟化法，是采用氟气或者其他含有氟元素的气体作为氟化剂，在一定温度和压强下使氟气或者其他含有氟元素的气体与碳纳米管直接接触发生反应，进行氟化。
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本文编号：2852790