纳米二氧化硅改性PVAPB水凝胶电解质及其在超级电容器中的应用

发布时间：2021-01-17 06:47

　　采用纳米二氧化硅（SiO₂）对原位电沉积所制备的聚乙烯醇硼酸钾（PVAPB）水凝胶电解质（HPE）进行掺杂改性,并对掺杂前后的电解质进行结构、形貌、热性能以及电导率进行分析。结果显示掺杂前后电解质都具有稳定的化学结构,SiO₂的加入会增加HPE的盐含量,促进离子的解离和运动。改性后的PVAPB HPE离子电导率达到了1.59 mS/cm。由SiO₂改性PVAPB HPE组装的超级电容器在1.0 A/g的电流密度下具有75.6 F/g的比容量,且时间常数为33.3 s。相比于未改性的超级电容器的容量提高了13.5%,时间常数缩短了一半。同时,使用SiO₂掺杂改性HPE的超级电容器也体现出优异的倍率性能。 

【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(06)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

(a)PVAPB HPE和纳米二氧化硅的红外谱图；(b) PVAPB HPE电解质的DSC图

时间常数和倍率性能是判断超级电容器电化学性能的两个关键参数。对含有1.0%Si O2的超级电容器与不含Si O2的电容器进行了时间常数和倍率性能的测试，结果如图8所示。图8(a)是两种不同电容器的C?与频率关系谱。C?是指在EIS测试中电容的虚部部分，它对应的是由于滞后造成的不可逆的能量消耗，计算公式为C?(ω)=-Z?(ω)/ω|Z(ω)|2，式中-Z?(ω)表示阻抗的虚部，ω代表频率[15]。而时间常数τ0=1/f0(f0是C?取最大值时的频率)表示设备的弛豫时间，反映超级电容器放电效率的参数[15]。添加Si O2后的电容器的时间常数只有33.3 s，是未添加超级电容器(71.4 s)的1/2，这说明Si O2的加入会使得超级电容器在较短的时间内能放出更多的能量，能量效率较高。因此添加Si O2的超级电容器能在大电流下表现出更加优良的性能[15]。两种不同超级电容器的倍率性能显示在图8(b)。可以看出两种电容器在不同电流密度下都能保持良好稳定性。并且电流密度从0.1 A/g增加到1.5 A/g然后再回到小电流0.1 A/g，两种电容器的容量几乎都不会发生衰减，说明倍率性能良好。并且加入Si O2的超级电容器在各种电流密度下的容量都要明显优于未添加的，说明Si O2的加入能够使得超级电容器的性能更加优异。3 结论

纳米Si O2改性PVAPB HPE的制备过程如图1所示。将0.05 g、0.10 g、0.15 g、0.20 g纳米Si O2加入500 m L水中，然后用高速搅拌机在1400 r/min搅拌速率下搅拌10 min进行分散。将分散好的Si O2溶液倒入含有10.0 g PVA、1.75 g H3BO3、33.55 g KCl的三口烧瓶中。在115℃下搅拌溶解2 h形成均匀的电沉积溶液，随后冷却至40℃备用。以石墨棒作为阳极，活性炭电极作为阴极，插入到电沉积液中。在2.75 V的电压下，进行阴极电沉积3 min，直至电极表面形成PVAPB HPE。最后采用同样的方法制备不含Si O2的PVAPB HPE作为对比样。1.3 超级电容器的组装


本文编号：2982393