基于孔径与电解质离子匹配关系的有序多孔碳超级电容
发布时间：2021-01-07 18:26
超级电容器作为一种新型的绿色环保储能器件受到广泛关注,它通过多孔材料表面上的离子吸附来存储电荷能量,而孔尺寸对电容的影响可以通过使电解质离子可及的电极表面积最大化而改善,如果对电极材料孔径与电解质离子匹配关系进行适当优化,则可以进一步改善超级电容器的性能。本文采用硬模板法,以SBA-15和HY沸石为模板,以乙炔为前驱体,通过化学气相沉积（CVD）技术对模板进行碳沉积,制备了两种有序介孔碳OMC-3h和OMC-6h,一种有序微孔碳ZTC。采用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）以及氮气吸脱附等温线等方法对材料的形貌结构进行分析。以上述3种有序多孔碳组成超级电容器正负极,选用阴阳离子直径明显不同的TEATFB和LiPF6为电解质,构建对称型和非对称型超级电容器,通过循环伏安（CV）、恒流充放电（GCD）以及交流阻抗（EIS）等电化学测试技术研究有序多孔碳孔径与电解质离子的匹配关系,优化超级电容器性能,主要结果如下。（1）以SBA-15为模板,通过硅烷化活化和乙炔CVD技术,成功制备两种有序介孔碳OMC-3h和OMC-6h,其中OMC-3h孔径主要集...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
用于不同电能存储技术的能量功率密度图[1]
1.绪论91.1超级电容器的概述1.1.1超级电容器结构超级电容器元件的结构与电池相似，主要包括两个电极即正负极、电解质、隔膜和外壳等，其构造如图1.2所示。图1.2超级电容器结构Fig.1.2Schemeofsupercapacitor（1）电极超级电容器最重要的组成部分是电极，用来储存和释放电荷。它由电极活性物质和集流体两部分组成。超级电容器性能的好坏是直接由电极材料决定。因此，开发具有高比电容、导电性能好和高循环稳定性的电极材料成为目前研究的热点。（2）隔膜隔膜的主要作用是隔离电子的传输，隔膜要有良好的隔离性与绝缘效果、拥有较高的孔隙率、稳定的电化学性质、离子通过隔膜时要有较小的阻力以及较强的机械能力。（3）电解质电解质在两个电极之间转移和平衡电荷方面起着非常关键的作用，故其成为超级电容器中必不可少的重要组成部分[2]。同时不同电解质的选择，也会对超级电容器的性能产生不同的影响。Lin[3]等人的研究表明，不同的电解质（例如乙腈（acetonitrile,AN）和碳酸亚丙酯（PropyleneCarbonate,PC））会影响同一碳电极的电化学行为。迄今为止，还没有完美的电解质满足电化学的所有要求。使用水系电解质的超级电容器具有高导电率和电容，但其低能量密度和低循环稳定性限制了水系电解质的应用[4]。因此，电极材料的快速发展和应用依赖于寻找相应的电解质。电解质的反应机理对于开发安全有效的超级电容器至关重要。但是，关于电化学超级电容器电解质反应机理的评论很少。①水系电解质
1.绪论15图1.4法拉第赝电容充电状态和电位分布图[29]Fig.1.4Faradaypseudocapacitancechargingstatusandpotentialdistribution[29]1.3超级电容器的分类图1.5超级电容器的分类[1]Fig.1.5Classificationofsupercapacitors[1]如图1.5为超级电容器的分类，超级电容器可分为三种不同类型，包括双电层电容器（EDLC），赝电容器和非对称超级电容器。通常，不对称超级电容器可分为两种类型，即具有两个电容电极的系统或混合电容器。混合电容器是一个电极基于法拉第过程存储电荷，而另一个电极则基于双电层电容机制存储电荷。在充电和放电过程中，不对称超级电容器可以充分利用两个电极的不同电势窗口，以最大化整个设备的工作电压。例如，当水系对称电容器的电压限制为1.2V时，非对称超级电容器的电压可以扩展到2.0V以上。能量密度是用于评估超级电容器电化学性能的关键参数之一。根据等式
【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶态氧化铌低电位电化学赝电容行为[J]. 蒯笑笑,周绍雯,赵建庆,高立军. 科学通报. 2019(32)
[2]大功率超级电容器的发展与应用[J]. 王然,苗小丽. 电池工业. 2008(03)
[3]超级电容器的原理及应用[J]. 陈英放,李媛媛,邓梅根. 电子元件与材料. 2008(04)
硕士论文
[1]双模板炭的制备及其超级电容器特性[D]. 张砚秋.辽宁科技大学 2017
本文编号：2963030
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
用于不同电能存储技术的能量功率密度图[1]
1.绪论91.1超级电容器的概述1.1.1超级电容器结构超级电容器元件的结构与电池相似，主要包括两个电极即正负极、电解质、隔膜和外壳等，其构造如图1.2所示。图1.2超级电容器结构Fig.1.2Schemeofsupercapacitor（1）电极超级电容器最重要的组成部分是电极，用来储存和释放电荷。它由电极活性物质和集流体两部分组成。超级电容器性能的好坏是直接由电极材料决定。因此，开发具有高比电容、导电性能好和高循环稳定性的电极材料成为目前研究的热点。（2）隔膜隔膜的主要作用是隔离电子的传输，隔膜要有良好的隔离性与绝缘效果、拥有较高的孔隙率、稳定的电化学性质、离子通过隔膜时要有较小的阻力以及较强的机械能力。（3）电解质电解质在两个电极之间转移和平衡电荷方面起着非常关键的作用，故其成为超级电容器中必不可少的重要组成部分[2]。同时不同电解质的选择，也会对超级电容器的性能产生不同的影响。Lin[3]等人的研究表明，不同的电解质（例如乙腈（acetonitrile,AN）和碳酸亚丙酯（PropyleneCarbonate,PC））会影响同一碳电极的电化学行为。迄今为止，还没有完美的电解质满足电化学的所有要求。使用水系电解质的超级电容器具有高导电率和电容，但其低能量密度和低循环稳定性限制了水系电解质的应用[4]。因此，电极材料的快速发展和应用依赖于寻找相应的电解质。电解质的反应机理对于开发安全有效的超级电容器至关重要。但是，关于电化学超级电容器电解质反应机理的评论很少。①水系电解质
1.绪论15图1.4法拉第赝电容充电状态和电位分布图[29]Fig.1.4Faradaypseudocapacitancechargingstatusandpotentialdistribution[29]1.3超级电容器的分类图1.5超级电容器的分类[1]Fig.1.5Classificationofsupercapacitors[1]如图1.5为超级电容器的分类，超级电容器可分为三种不同类型，包括双电层电容器（EDLC），赝电容器和非对称超级电容器。通常，不对称超级电容器可分为两种类型，即具有两个电容电极的系统或混合电容器。混合电容器是一个电极基于法拉第过程存储电荷，而另一个电极则基于双电层电容机制存储电荷。在充电和放电过程中，不对称超级电容器可以充分利用两个电极的不同电势窗口，以最大化整个设备的工作电压。例如，当水系对称电容器的电压限制为1.2V时，非对称超级电容器的电压可以扩展到2.0V以上。能量密度是用于评估超级电容器电化学性能的关键参数之一。根据等式
【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶态氧化铌低电位电化学赝电容行为[J]. 蒯笑笑,周绍雯,赵建庆,高立军. 科学通报. 2019(32)
[2]大功率超级电容器的发展与应用[J]. 王然,苗小丽. 电池工业. 2008(03)
[3]超级电容器的原理及应用[J]. 陈英放,李媛媛,邓梅根. 电子元件与材料. 2008(04)
硕士论文
[1]双模板炭的制备及其超级电容器特性[D]. 张砚秋.辽宁科技大学 2017
本文编号：2963030
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2963030.html
