高比能量镍基化合物的混合超级电容性能研究

发布时间：2021-06-29 03:11

　　新能源材料与电子设备、电动汽车等产业的蓬勃发展,使得人们对于高性能储能设备的要求越来越高。混合超级电容器因其同时具有电池型电极的高能量密度和电容型电极的高功率密度,受到了研究者的广泛关注。但是其能量密度仍不能很好的满足实际应用的需求,因此提高混合超级电容器的能量密度是发展高性能可商业化混合超级电容器器件的重中之重。基于此,本文通过研究高性能电池型电极材料来提高混合超级电容器的能量密度。通过不同方法制备了高性能非晶镍基化合物,改善了电池型电极与电容型电极不匹配问题,提高了混合器件的能量密度。同时,可控制备了高性能多金属普鲁士蓝类似物材料,其在水系电解质中具有更宽的电压范围,进一步提高了混合器件的能量密度。主要分为以下几个部分:（1）通过水解转化前驱体的方法合成了一系列不同阳离子取代的非晶镍基氢氧化物。乙二醇溶剂为过渡金属离子的逐步水解提供了温和的环境,从而形成了非晶态过渡金属氢氧化物。非晶氢氧化物具有更多的晶界和离子扩散通道实现了比结晶氢氧化物更佳的电化学性能。此外,不同过渡金属离子替代镍离子,可以进一步提高了非晶氢氧化物的电化学储能性能,非晶NiCo–OH表现出最佳的电化学性能。基于非... 

【文章来源】：青岛大学山东省

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

各类储能器件与混合超级电容器的比功率与比能量对比关系图（Ragone图）[12]

青岛大学硕士学位论文3图1.2(a)对称超级电容器，(b)非对称超级电容器，(c)混合超级电容器的结构及储能机理示意图Fig.1.2Schematicillustrationofstructureandenergystoragemechanismfor(a)symmetricsupercapacitor,(b)asymmetricsupercapacitorand(c)hybridsupercapacitor.混合超级电容器根据电解液的种类可以分为有机体系混合超级电容器和水系混合超级电容器两种。其中水系混合超级电容器进一步分为酸性混合电容器、碱性混合电容器和中性混合电容器。有机体系混合电容器虽然具有更宽的电压范围（2.53.0V），但是其相对较低的动力学会导致器件功率密度降低，不利于器件的广泛应用[18,19]。此外，有机电解液的安全性问题一直不能得到彻底的解决，通常具有毒性且易燃，在实际应用中存在安全隐患。水系混合超级电容器具有成本低，易于制备，安全无毒，离子迁移率高（～1S/cm）等优点。尽管受限于水的分解电压（1.23V），难以达到有机体系具备的高能量密度，水系混合超级电容器的安全性和低成本使其在对能量密度要求相对较低的大规模储能方面具有有机体系难以企及的优势[20-22]。目前，水系混合超级电容器性能的提高与改进主要是对电池型电极材料进行改性。通过对材料的结构、组成及形貌等进行设计与改进，得到高性能电池型电极材料。本文基于研究高性能电池型电极材料来提高混合超级电容器的能量密度。1.3电极活性材料电极活性材料作为混合超级电容器最主要的组成部分之一，其电荷存储能力基本上决定了混合超级电容器器件的电荷存储性能。因此，研究开发新的高性能电极活性材料是提高混合超级电容器器件性能和开拓混合超级电容器器件应用范围最直接也是最有效的方法。对于电极活性材料，根据其对应的储能机制，可以划分为以下三种：双电?

青岛大学硕士学位论文15化学性能。研究了不同过渡金属间的协同作用和不同过渡金属取代对样品电化学性能的影响。并进一步探索混合超级电容器器件能量密度与电极材料形貌、结构、结晶度和组分之间的关系。图1.3论文的研究路线Fig.1.3Researchrouteofthepaper.


本文编号：3255602