二元过渡金属氧化物基超级电容器的储能性能研究
发布时间：2021-04-12 01:18
超级电容器因其高功率密度、快速充放电和循环性能好等优点作为新型的能量存储器件,可用于电动汽车等众多领域。而电极材料中二元过渡金属氧化物也在近年内受到了广泛关注,其拥有多种电化学活性/非活性离子、多种氧化态,同时也有较好的导电性以及具有更多的活性位点,然而合成拥有高能量密度、高负载、高倍率性能及长循环寿命的二元过渡金属氧化物仍有挑战。这些问题严重限制了二元过渡金属氧化物的发展,不利于其进一步广泛应用。因此,需要探求新的方法来提升其性能。本论文将碳纳米管与不同的二元过渡金属氧化物结合,通过掺杂及硫化的方法分别对二元过渡金属氧化物进行系统地调控,结合各种表征手段获得最佳生长参数,并对性能增强的机理进行分析,最终获得高比电容的二元过渡金属氧化物电极材料和高性能的超级电容器。主要研究内容与结果如下:（1）水热法合成锰掺杂钼酸镍（MNMO）正极纳米结构。首先利用化学气相沉积法（CVD）在碳布（CC）上生长碳纳米管（CNTs）,接着结合水热法合成不同比例的锰掺杂钼酸镍纳米结构,系统地调控了锰/镍摩尔比例（即Mn:Ni=0:1,0.1:1,0.2:1,1:1,5:1）,得到最佳的电化学性能下的掺杂比例...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种能量存储设备的Ragone图[1]
兰州大学硕士学位论文二元过渡金属氧化物基超级电容器的储能性能研究21.2超级电容器电极材料1.2.1超级电容器简介超级电容器是一种可以在电极以及电解质界面上进行充放电的电荷存储器件。正极、隔膜、电解液、负极等组成了超级电容器（图1-2）。其中，组成正极和负极的电极材料很丰富，例如碳材料[5]、金属硫化物[6]、金属氮化物[7]、金属氧化物[8]和金属氢氧化物[9]等。图1-2器件示意图。1.2.2超级电容器类别根据储能机理，超级电容器可分为双电层、赝电容和非对称超级电容器。双电层电容器（Electricdouble-layersupercapacitors：EDLCs）:双电层电容器是由两个高比表面积电极组成，当电极浸入到电解质中，对其充电时，吸附在电极与电解液界面的电荷，形成了双电层。在此过程中，不涉及电荷转移（在电极和电解质的界面之间），也就是不存在法拉第过程。由于能量是通过可逆的物理现象存储在界面上，因此EDLCs具有快速的充电和放电速率，高的比功率以及数千至数百万个循环的长寿命。双电层电容器的电极材料一般为碳材料，主要有活性炭、碳纳米管、碳化物衍生碳等[10]。双电层模型如图1-3所示，Helmholtz模型是对双电层界面处的空间电荷分布建模的最简单近似方法。Gouy-Chapman模型提出了扩散层的理论表面附近溶
兰州大学硕士学位论文二元过渡金属氧化物基超级电容器的储能性能研究3液中的离子浓度遵循玻耳兹曼分布，然而，该模型不适用于高度充电的双电层，这种情况下实验测得的双电层厚度远远大于使用该模型计算得出的厚度。虽然该模型为解决问题提供了更好的方法，但在定量应用方面仍然有缺限。Stern修改了Gouy-Chapman模型，为了解决该缺点，对于扩散层的Gouy-Chapman模型，Stern提议结合使用之前的两个模型，以提供内部的Stern层和外部的扩散层[11]。其电荷存储机制的示意图如1-4（a）所示。理论上，EDLCs的能量密度与比电容和电压窗口有关。因此，最大化电容器的比电容和器件的电压窗口对于设计和制造高能量密度EDLCs至关重要[12]。EDLCs超级电容器的电容计算（正负电极相同）1=1++1(11)其中+和分别是超级电容器的正极和负极电容[13]。则电极的质量比容量Ce(Fg-1)为=2(12)其中是单个电极活性物质的质量（g）[14,15]。图1-3EDL模型：（a）Helmholtz模型，（b）Gouy–Chapman模型，和（c）Stern模型[11]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同测试技术下超级电容器比电容值的计算[J]. 米娟,李文翠. 电源技术. 2014(07)
[2]扫描电子显微镜成像信号分析[J]. 陈长琦,干蜀毅,朱武,王先路. 真空. 2001(06)
本文编号：3132322
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种能量存储设备的Ragone图[1]
兰州大学硕士学位论文二元过渡金属氧化物基超级电容器的储能性能研究21.2超级电容器电极材料1.2.1超级电容器简介超级电容器是一种可以在电极以及电解质界面上进行充放电的电荷存储器件。正极、隔膜、电解液、负极等组成了超级电容器（图1-2）。其中，组成正极和负极的电极材料很丰富，例如碳材料[5]、金属硫化物[6]、金属氮化物[7]、金属氧化物[8]和金属氢氧化物[9]等。图1-2器件示意图。1.2.2超级电容器类别根据储能机理，超级电容器可分为双电层、赝电容和非对称超级电容器。双电层电容器（Electricdouble-layersupercapacitors：EDLCs）:双电层电容器是由两个高比表面积电极组成，当电极浸入到电解质中，对其充电时，吸附在电极与电解液界面的电荷，形成了双电层。在此过程中，不涉及电荷转移（在电极和电解质的界面之间），也就是不存在法拉第过程。由于能量是通过可逆的物理现象存储在界面上，因此EDLCs具有快速的充电和放电速率，高的比功率以及数千至数百万个循环的长寿命。双电层电容器的电极材料一般为碳材料，主要有活性炭、碳纳米管、碳化物衍生碳等[10]。双电层模型如图1-3所示，Helmholtz模型是对双电层界面处的空间电荷分布建模的最简单近似方法。Gouy-Chapman模型提出了扩散层的理论表面附近溶
兰州大学硕士学位论文二元过渡金属氧化物基超级电容器的储能性能研究3液中的离子浓度遵循玻耳兹曼分布，然而，该模型不适用于高度充电的双电层，这种情况下实验测得的双电层厚度远远大于使用该模型计算得出的厚度。虽然该模型为解决问题提供了更好的方法，但在定量应用方面仍然有缺限。Stern修改了Gouy-Chapman模型，为了解决该缺点，对于扩散层的Gouy-Chapman模型，Stern提议结合使用之前的两个模型，以提供内部的Stern层和外部的扩散层[11]。其电荷存储机制的示意图如1-4（a）所示。理论上，EDLCs的能量密度与比电容和电压窗口有关。因此，最大化电容器的比电容和器件的电压窗口对于设计和制造高能量密度EDLCs至关重要[12]。EDLCs超级电容器的电容计算（正负电极相同）1=1++1(11)其中+和分别是超级电容器的正极和负极电容[13]。则电极的质量比容量Ce(Fg-1)为=2(12)其中是单个电极活性物质的质量（g）[14,15]。图1-3EDL模型：（a）Helmholtz模型，（b）Gouy–Chapman模型，和（c）Stern模型[11]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同测试技术下超级电容器比电容值的计算[J]. 米娟,李文翠. 电源技术. 2014(07)
[2]扫描电子显微镜成像信号分析[J]. 陈长琦,干蜀毅,朱武,王先路. 真空. 2001(06)
本文编号：3132322
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3132322.html
