离子液体基超级电容器的构建和性能研究

发布时间：2023-06-03 18:40

　　作为一种新型的清洁能源储能器件,超级电容器具有充放电速率、功率密度高、寿命超长的特点。因此,在高功率输出时,超级电容器经常被用作电池的补充,甚至替代电池。但是,与电池相比,超级电容器的能量密度过低,完全不能满足智能电网、轨道交通以及消费电子等领域在不久的将来对高能量密度储能器件的要求。因此,提高超级电容器的能量密度已经成为超级电容器的研究重点。作为超级电容器的重要组成部分之一,电解液的性能在很大程度上决定了器件的性能。现有的超级电容器的电解液可分为水系电解液、有机电解液和离子液体电解液。在这些电解液中,离子液体的电化学稳定性极高,这就意味着它可以保证较宽的电化学稳定窗口,从而保证高的能量密度。本文通过对离子液体进行调控,构建宽窗口高倍率性能的超级电容器,从而达到高功率密度与高能量密度共存的目的,并且研究了潮湿离子液体中微量的水分对窗口的影响,明确了其作用机理。此外,寻找电化学稳定性极高的离子液体与电极材料,并通过电化学钝化的手段,构建超宽窗口的超级电容器。具体研究内容如下:(1)离子液体因其优异的电化学稳定性而被认为是宽窗口高能量密度超级电容器的理想电解液,但是离子液体本身的高粘度和低...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 前言
    1.2 超级电容器的储能机理
        1.2.1 双电层电容器(EDLCs)
        1.2.2 赝电容器(PCs)
        1.2.3 混合电容器(HSCs)
    1.3 超级电容器的电解液
        1.3.1 水系电解液
        1.3.2 有机电解液
        1.3.3 离子液体电解液
        1.3.4 电解液未来的发展方向
    1.4 小结
    1.5 课题内容及创新点
        1.5.1 课题研究目的及意义
        1.5.2 课题研究内容
        1.5.3 课题创新点
第2章 基于高浓度离子液体的宽窗口超级电容器
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂与主要实验仪器
        2.2.2 电极的制备
        2.2.3 HCI电解液的配制及电池的组装
        2.2.4 性能测试与表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 纯EmimBF₄与1M EmimBF₄/ACN电解液的性能对比
        2.3.2 HCI电解液的物理性能表征
        2.3.3 HCI电解液的电化学性能测试
        2.3.4 4.09MHCI电解液与商用电解液电化学性能对比
    2.4 本章小结
第3章 微量水对离子液体电化学性能影响的机理研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂与主要实验仪器
        3.2.2 电极的制备
        3.2.3 电解液的配制及电池的组装
        3.2.4 性能测试与表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 潮湿离子液体中的水对器件电化学性能的影响
        3.3.2 不同电解液本征窗口的表征
        3.3.3 微量水对离子液体电化学性能影响的机理研究
        3.3.4 在其它体系中普适性的证明
        3.3.5 Gromacs理论计算
    3.4 本章小结
第4章 钝化电极材料拓宽超级电容器的电压窗口
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂与主要实验仪器
        4.2.2 电极的制备
        4.2.3 电解液的配制
        4.2.4 性能测试与表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 对称超级电容器的电化学性能测试
        4.3.2 钝化电极材料拓宽超级电容器窗口
        4.3.3 负极预锂化拓宽超级电容器窗口
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 工作总结
    5.2 未来工作的展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录



本文编号：3829832