新型氧化还原活性电解液在超级电容器中的应用

发布时间：2017-11-02 23:06

  本文关键词：新型氧化还原活性电解液在超级电容器中的应用

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【摘要】：超级电容器是介于传统电容器和可充电电池之间的一种对环境友好,并且性能优异的新型能量储存转化装置,这种新型能量储存转化装置不仅具备传统电容器快速充放电一般优势,而且还增加了可充电电化学电池的能量储存转化性能。与传统的电容器相比较后发现,超级电容器拥有较高的功率能量密度、较理想的循环寿命、工作温度范围比较宽、用量大无污染等传统铅蓄电池没有的优点。传统超级电容器主要由正极材料、负极材料以及电解液组成。总结归纳大量的超级电容器电化学实验数据后发现,要使超级电容器拥有良好的电化学的性能,不仅要改良正负极电极材料的种类,正负极电极材料的组成,以及正负极电极材料的微观结构(如合适的孔隙率、孔径大小的分布、较大的比表面等),而且要优化超级电容器组装工艺,当然也要选择电极材料所处的合适的电解液体系。此前针对超级电容器电化学性能的提升,大量的研究工作通常都致力新型的电极材料的研究与开发,或者探索其超级电容器正负极电极材料的微观结构与超级电容电化学性能之间的对应联系,但对于电解液与超级电容电化学性能之间的对应联系的研究则很少有文章进行报道。本文就是重点针对金属氧化物作为电极材料的超级电容器与活性炭作为电极材料的超级电容器所适用的电解液体系进行了科学的研究与开发,并且制备了几种新型的氧化还原电解液体系,主要有适用于负极材料钒酸铁的活性电解液KOH+Na2S体系,适用于大多数金属氧化物正极材料的KOH+Na2S2O8体系,以及适用于活性炭电极的KOH+Cu(NH3)4SO4体系等。这些电解液体系都对对应电极材料的电化学性能产生了很好的促进作用,例如金属氧化物氧化镍电极参用KOH+Na2S2O8活性电解液体系后,在0.5 A g-1的电流密度下达到了6317.5 F g-1.其比电容在原有的基础上增加了三倍,并且由于氧化还原活性物质的引入,会发生充电时间小于放电时间的效应,这对于超级电容器来说是一个非常好的现象,更难能可贵的是这种新型的电解液体系适用于大多数的正极材料,包括大多数的金属磷化物正极材料,大多数的金属硫化物正极材料,金属氧化物正极材料,还包括一般的金属钒酸盐正极材料等。引入活性电解液后超级电容器的充放电机理与其在传统的KOH电解液中的机理是不一样的,我们发现KOH电解液中添加氧化还原活性物质后,电极材料与电解液接触的表面在充放电过程中会发生额外的所添加活性物质的电子得失过程,这些反应产生的电子会大大促进电极材料本身电子的得失,从而达到提升超级电容器电化学性能的效果。实验数据证实,为电极材料选择合适的氧化还原活性电解液体系对超级电容器的电化学性能的改善优化至关重要。
【关键词】：超级电容器 氧化还原活性电解液 氧化还原活性物质 电极材料 电化学性能
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53;O646
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 超级电容器电解液的概述10-12
• 1.2.1 水溶液电解液研究现状综述11
• 1.2.2 有机电解液研究现状综述11
• 1.2.3 离子液体电解液研究现状综述11-12
• 1.3 氧化还原活性电解液的研究进展12-15
• 1.3.1 氧化还原活性电解液的分类12-15
• 1.3.2 氧化还原活性电解液的主要研究进展15
• 1.4 课题的研究思路的提出及研究内容15-17
• 第2章 适用于负极材料钒酸铁的全新活性电解液KOH+Na_2S17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 实验条件17-18
• 2.2.1 主要的化学试剂17
• 2.2.2 实验设备17-18
• 2.3 实验过程18-20
• 2.3.1 钒酸铁的制备18
• 2.3.2 活性电解液KOH+Na_2S的制备18
• 2.3.3 钒酸铁的结构表征18-19
• 2.3.4 电化学测试19-20
• 2.4 结果与讨论20-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 适用于大部分金属氧化物电极材料的高效活性电解液KOH+Na_2S_2O_826-34
• 3.1 引言26
• 3.2 实验条件26-27
• 3.2.1 主要的化学试剂26
• 3.2.2 实验设备26-27
• 3.3 实验过程27
• 3.3.1 电极材料的选择27
• 3.3.2 活性电解液KOH+Na_2S_2O_8的制备27
• 3.4 电化学测试以及分析27-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 石墨烯钒酸镍复合物的制备及其在全新活性电解液KOH+K_2S_2O_8中的电化学性能研究34-43
• 4.1 引言34
• 4.2 实验条件34
• 4.2.1 主要的化学试剂34
• 4.2.2 实验设备34
• 4.3 实验过程34-37
• 4.3.1 电极材料的制备34-36
• 4.3.2 电极材料的结构表征36-37
• 4.3.3 活性电解液KOH+K_2S_2O_8的制备37
• 4.4 电化学测试以及分析37-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第5章 对活性炭基超级电容器的电化学性能有促进作用的全新氧化还原电解液Cu(NH_3)_4SO_4+KOH43-49
• 5.1 引言43
• 5.2 实验条件43
• 5.2.1 主要的化学试剂43
• 5.2.2 实验设备43
• 5.3 实验过程43-44
• 5.3.1 电极材料的选择43-44
• 5.3.2 活性电解液Cu(NH_3)_4SO_4+KOH的制备44
• 5.4 电化学测试以及分析44-48
• 5.5 本章小结48-49
• 论文结论与展望49-51
• 参考文献51-56
• 致谢56-57
• 附录A 本人在攻读硕士期间发表的论文57

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本文编号：1133544