氧化还原电解液在活性炭超级电容器中的应用

发布时间：2017-11-15 17:21

  本文关键词：氧化还原电解液在活性炭超级电容器中的应用

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【摘要】：因为全球经济的快速发展,全球人口的增长,相关电子设备市场也在快速发展,而且混合动力汽车的发展、全球能量消耗也在以令人担忧的速度增长。全球能源以现在的速度消耗,不可避免的会在不久的将来枯竭。所以,正在紧急的研究和发展新的能源和储能设备,并要求清洁、可再生、可持续(如太阳能、风能、潮汐),而且需要先进、低成本、环境友好,以解决现代社会新兴生态问题。超级电容器作为一种新型的电化学储能装置近年来备受关注,它具有充放电速度快、循环寿命长及绿色环保等优点。影响超级电容器性能的因素主要有电极材料和电解液。本研究工作采用水热法以β-环糊精为原料制备了水热焦碳球,研究了反应条件(水热温度、时间、填充度、固液比)对水热焦碳球的形貌和粒径的影响,并研究了碳化和活化条件(碳化温度、碳化时间、活化温度、活化时间)对活性炭材料电化学性能的影响。同时,将CuSO4/FeSO4和KI/I2这些具有氧化还原活性的物质分别溶解在1 moL L-1 H2SO4和2 moL L-1 KCl溶液中,配制出具有高性能的新型电解液并应用于活性炭超级电容器中。本文的研究结果有如下几点:1.用水热法制备了球状的水热焦碳球,再通过高温碳化和空气活化得到了微孔的活性炭材料。在水热温度为200℃、反应时间8 h、固液比为1:5、填充度为53%时得到均匀、分散的水热焦碳球,并在碳化温度800℃、碳化时间2 h、活化温度450℃、活化时间1.5 h的条件得到电化学性能最优的活性炭材料。在1moL L-1的H2SO4电解液中,活性炭材料的比电容为181 F g-1,比碳化样(18 F g-1)增大十倍。经过1000次循环后,活性炭材料的容量保留率为80%。2.以Cu2+/Fe2+/H2SO4为电解液,应用在活性炭超级电容器中。实验证明,超级电容器在Cu2+/Fe2+/H2SO4电解液体系中的比电容达到540 F g-1,比在相同测试条件下的H2SO4电解液(178 F g-1)体系中提高了三倍。经过1000次循环后,Cu2+/Fe2+/H2SO4电解液体系比电容保留率为83.3%。活性炭材料在Cu2+/Fe2+/H2SO4电解液体系中的等效系列电阻为1.09Ω。3.我们首次研究了KI/I2-KCl氧化还原电解液对活性炭超级电容器的电化学性能的影响。在KI/I2-KCl电解液中,电流密度为0.5 A g-1时,活性炭超级电容器的比电容高达233 F g-1,比在单独的KCl电解液和硫酸电解液中的比电容提高了20%到30%。1000次充放电循环后,电容能保持为初始比电容的89.7%。同时在KI/I2-KCl电解液中等效系列电阻为0.95Ω。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53

【参考文献】

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1 王贵欣,瞿美臻,陈利,于作龙;碳纳米管用作超级电容器电极材料[J];化学通报;2004年03期

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本文编号：1190604