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超级电容器电极材料的高效制备及其性能研究

发布时间:2021-08-06 22:47
  超级电容器具有功率密度高和使用寿命长等优点,在相机、铁路、电力和航空航天器中具有广阔的应用前景,且其能量存储很大程度上取决于电极材料。分析近几年关于超级电容器电极材料的相关报道,常规的合成方法通常需要复杂的装置,且处理温度高,操作时间长,具有成本高或可重复性差等缺点,因难以工业化生产而使其应用受到限制。因此,探索经济、简单、可重现和环保的方法来制备超级电容器电极材料有重要的现实意义。本文采用简单的水煮处理和一步裂解的方法,合成的电极材料表现出容量高、倍率性能和循环稳定性优异等优势,是具有实用价值的超级电容器电极材料。主要研究内容如下:(1)通过简单的水煮处理,在100℃下制备出Mn3O4/Ni(OH)2纳米复合材料。相对于水煮处理1.5 h和5 h的复合材料,水煮处理3 h的产物表现出更优异的循环容量、倍率性能以及循环稳定性(在1 MKOH电解液中,当电流密度为1 A/g和8 A/g时,比容量分别为742和318 F/g;在2 A/g的电流密度下循环2000圈,容量保留率高达80%)。Mn304/Ni(OH)2纳米复合材料的电化学性能明显优于在相同条件下制备出的Mn3O4和Ni(OH)... 

【文章来源】:山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:94 页

【学位级别】:硕士

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超级电容器电极材料的高效制备及其性能研究


图1.1静电电容器(a)和电化学电容器(b)[4】

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?山东大学硕士学位论文???M*"1?Electrolyte?Separator???藤倉??C^Hff^ydocapacitive??materials??Current??’collector??图1.2超级电容器的结构组成图[12]。??Figure?1.2?Schematic?diagram?of?supercapacitor[12].??1.2.4超级电容器的特点??超级电容器作为新型储能装置,具有很多优点,具体如下:??(1)超高的比容量[2G]。超级电容器的容量比传统电容器高1000-5000倍,且??充放电过程可在短时间内完成,最快只需几十秒。??(2)高功率密度[21]。超级电容器可以在瞬间提供超大的电流,输出很高的??功率密度,高达电池的10-100倍,这也是超级电容器近年来备受关注的重要原??因之一。此外,超级电容器可与电池结合起来使用,在保留电池高能量密度的??前提下,又可弥补其使用寿命短,功率密度低的缺点,从而作为理想电源在电??动汽车等电子设备中得到广泛应用。??(3)使用寿命长[22]。普通电池在充放电循环过程中可能会出现活性物质的??脱落、晶型的转变等现象,使容量严重衰减,降低循环寿命。而超级电容器中??所涉及的化学反应表现出优异的可逆性,电极材料中活性物质的结构不易发生??改变,具有极好的稳定性,因此其容量衰减很微弱,只在最初的若干圈循环中??出现轻微衰减,循环次数可高达万次以上。且双电层电容在充放电过程中不发??生化学反应,仅涉及离子和电荷的定向移动,具有更加优异的循环稳定性。??(4)储存时间长充电之后的超级电容器若被长时间放置,会出现轻微??漏电和电压降低的

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非常安全的设备,不需要冷却和其他辅助装置,在电压和电??容方面具有较大的模块化,自放电低,循环寿命长,可以低成本工业化生产,??不需要任何维修,并且不包含任何对环境有害的材料或重金属元素。??--IHt〇rs??I?你??Llcctrochemical??^?Capacitors??H?Batteries?I?it?l??Q.?l〇??00??1????10--?Iff:?1?10?102?10=??Specific?Energ)?(Wh/kg)??图1.3各种电化学能量存储装置的Ragone图[31]。??Figure?1.3?Ragone?plot?for?various?electrical?energj-?storage?devices[31'.??1.4电极材料研究现状??提高超级电容器电化学性能的有效途径之一是优化电极材料。目前,在超??级电容器中得到广泛应用的电极材料主要包括:碳材料、金属氧化物以及导电??聚合物??1.4.1碳材料??多孔碳因其高的电导率和抗腐蚀性,高比表面积,耐高温,经济环保以及??价格低廉等一系列物理性质和化学性质,而被作为电极材料广泛应用于超级电??容器,且是最早使用的电极材料1954年,Becker最早采用活性炭作电极组??装了双电层电容器,并申请了相关专利。到目前为止,对碳材料的研究已有60??多年超级电容器中最常用的碳材料包括活性炭,碳纳米管和石墨烯IM。??7??


本文编号:3326623

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