超级电容器隔膜与电解液的研究

发布时间：2017-12-30 06:08

  本文关键词：超级电容器隔膜与电解液的研究　出处：《吉林大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：超级电容器是一种通过极化电解质来储能的电化学元件，起始于20世纪七八十年代，又名双电层电容器或电化学电容器。与传统化学电源不同的是，是一种介于静电电容器与电池之间、具有特殊性能的储能元件，由于其储能过程中，并不发生氧化还原反应，具有可逆性。由于超级电容器具有充放电时间短，输出功率密度高，循环寿命长等优点，所以对超级电容器隔膜材料和电解液的研究具有重要的理论意义和现实意义。实验主要采用美国celgard2400（聚丙烯膜），日本NKK MPF04Q-15(无纺布类),中国兴邦pvdf XB-30（聚丙烯类隔膜），中国鸿图CO2(隔膜纸类）几种不同隔膜，注入同一有机系电解液，制作的超级电容器进行电化学测试，从而比较各类隔膜在不同电解液中的性能。其中celgard2400为隔膜，活性炭为电极的超级电容器，经过直流充放电测试法和循环伏安测试法进行测试，容量可达3.07F,比电容可达76.15F/g，内阻为236m，经过千次直流充放电比电容仅衰减10%。在同一电极材料、电解液所制得超级电容器中，性能最佳。另外，实验中将自主合成生物类隔膜，即琼脂改性隔膜，针对琼脂隔膜韧性差，不利于电容器的组装和寿命等缺点，需要加入一定的改性剂，从而改善琼脂隔膜的性能。实验将采用PAM(聚丙烯酰胺)改善琼脂隔膜性能，，分别加入100ppm，200ppm至1000ppm的PAM改性剂，在改性剂浓度为700ppm时，比电容可达89.67F/g，内阻为452m，经过千次直流充放电比电容衰减16%，改性琼脂隔膜电化学性能达到最佳。实验中，将几种隔膜拍摄扫描电镜（SEM)图片，进行具体分析，分别注入同种水系电解液1mol/L NaCl溶液，制作超级电容器，其中以仅以无纺布隔膜制作的超级电容器性能最佳，水系电解液中离子无法通过聚丙酯和隔膜纸，无法制得超级电容器。另外实验还将对超级电容器电解液进行细致研究，超级电容器电解液分为有机系电解液和水系电解液，选取阳离子不同、浓度同为1mol/L的NaNO3,溶液、Mg(NO3)2溶液，Al(NO3)3溶液，制得超级电容器进行直流充放电测试，注入NaNO3,电解液的超级电容器与注入Mg(NO3)2电解液、Al(NO3)3电解液的超级电容器相比，有更高的比电容和更低的内阻值，比电容值为82.89F/g，等效串联电阻值为168m，Mg(NO3)2电解液、Al(NO3)3电解液并不理想的超级电容器电解液。为了探究电解液中阴离子对超级电容器的影响，称取浓度都为1mol/L的NaCl溶液、NaNO3,溶液、Na2SO4溶液作为超级电容器的电解液进行直流充放电测试Na2SO4电解液所制作的超级电容器具有最高的比电容值，达到了88.09F/g，NaCl电解液所制作的超级电容器其次，为87.74F/g，NaNO3,电解液所制作的超级电容器比电容值最低，为82.89F/g。而在超级电容器等效串联电阻方面，NaCl电解液所制作的超级电容器等效串联电阻最低，仅为165m，Na2SO4电解液所制作的超级电容器等效串联电阻其次，为167m，NaNO3,电解液所制作的超级电容器等效串联电阻最高，达到了168m，三者相差不大。分别配制浓度为0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、3mol/L、6mol/L的NaNO3,溶液作为超级电容器的电解液，制得不同的超级电容器，进行直流充放电测试，超级电容器比电容值随着超级电容器电解液浓度的增加而增大，浓度为0.1mol/L时，比电容仅为62.58F/g，随着电解液浓度的上升，当浓度达到1mol/L时，比容量达到了82.89F/g，之后比电容值趋于稳定，当电解浓度达到6mol/L时，电容器比电容量略有下降，而超级电容器等效串联电阻为下降趋势，而当浓度达到6mol/L时，内阻仅为152m，配制浓度均为1mol/L的LiClO4/PC与LiClO4/AN两种电解液，在无水环境内进行电容器组装，进行直流充放电测试，注入LiClO4/PC电解液的超级电容器，比电容值为73.56F/g等效串联电阻值为325m。注入LiClO4/AN电解液的超级电容器，比电容值为75.75F/g，等效串联电阻值为234m。注入LiClO4/AN电解液的超级电容器经过千次循环充放电过程后，衰变程度比较严重，千次循环衰减程度为10%，而注入PC/LiClO4电解液的超级电容器千次循环衰减程度仅为7.5%，为了进一步研究有机系电解液，实验中将以LiClO4/PC电解液为例，分别配制浓度为0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、3mol/L、6mol/L的LiClO4/PC电解液，制成超级电容器，进行直流充放电测试，电容器的比电容值随LiClO4浓度的增高而增大，电容器的比电容值随LiClO4浓度的增高而增大，当LiClO4浓度达到1mol/L时，电容器的等效串联电阻阻值最低，为325m。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：吉林大学
【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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本文编号：1353643