纳米碳材料孔结构对超级电容器性能的影响及调控机制研究

发布时间：2024-04-15 04:09

　　孔结构的调控是先进碳基超级电容器电极材料研究的关键。开发高体积性能(体积能量密度和体积功率密度)的高密度多孔碳材料是当前超级电容器研究领域的前沿课题。本文围绕碳纳米笼孔结构的调控,构建高密度塌陷碳纳米笼材料,提高其体积性能;同时,基于孔结构与电容性能构效关系的认识,建立微孔、介孔和大孔主导的多孔电极模型,系统研究直流等效串联电阻、比电容和倍率性能随孔尺寸和放电电流密度的演变规律,结合受限空间内双电层模型和电解质离子的传输规律,揭示大电流放电下多孔碳电极中离子的传输机制,提出大功率放电下介孔和大孔中离子的输送模型,具体进展分别如下:1.减小多余的介孔尺寸空间是进一步提高多孔碳材料密度及其体积性能的关键和难点。基于氧化镁模板法制备碳纳米笼的工艺路线,通过调控碳前体的进样量,降低碳纳米笼的壁厚,调低笼壁对笼状结构的支撑力至毛细作用力的作用范围,实现对单个薄壁碳纳米笼笼内介孔尺寸空间的可控压缩调控,构建出薄壁、孔窄且均匀分布的高密度塌陷碳纳米笼电极材料(1.32 g/cm3)。较高的化学纯度使其在离子液体EMIMBF4中表现出良好的电化学稳定性,电容器的工作电压窗口从常见的3.5 V提高到4....

【文章页数】：121 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.5超级电容器的性能评价参数、测试方法和影响因素4气

电容；也称之为电容量，是表征电容器容纳电荷本领的物理量。通常，把电??容器的两极板间的电势差增加１伏所需的电量，叫做电容器的电容。从物理学上??讲，电容器是一种静态电荷存储装置，在没有放电回路和自放电的情况下，被储??存的电荷可以一直保存。平板电容（Ｃ）的计算公式为：??Ｃ?＝?....

图１．６典型ＥＤＬＣ电极的电化学阻抗谱５４

（５－１０ｍＶ）时，系统会产生一个与扰动信号相同频率的响应信号，通过计算不??同频率的响应信号与扰动信号之间的比值，就可以获得不同频率下阻抗的模值??（Ｚ１或Ｚ＂）和相位角，进而获得阻抗谱的实部与虚部，其典型的谱图如图１．６所示。??通常，是指低频区反向延长线与实轴交点的值，即由....

图１．７离子直径与孔尺寸的匹配示意

离子液体中的离子尺寸约为１．０ｎｍ，在电容器中存在离子尺寸和孔尺寸匹配??的问题。Ｓｉｍｏｎ等发现当离子液体的离子尺寸和活性炭的孔尺寸相当时，电容器??的比电容达到最大（图１．７?）?６５。低温会显著增大离子液体的黏度、降低其电导率，??进而降低ＥＤＬＣ的比电容和倍率性能，故提高....

图１．８双电层模型

本文编号：3955715