混合电化学电容器中新型负极材料的性能研究

发布时间：2017-08-02 07:06

  本文关键词：混合电化学电容器中新型负极材料的性能研究

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【摘要】：随着全球经济的快速发展、化石燃料的逐渐枯竭以及环境污染问题的日益恶化,迫切要求人们在寻找清洁、高效和可持续发展能源的同时开发新的能源转化存储技术。混合型电化学电容器是一种基于离子电池和双电层电容器双重储能机制的储能器件,它具有较高的能量密度和较长的循环寿命,有望应用于纯电动和混合动力汽车领域。电极材料是影响储能器件性能的关键因素之一。因此,开发具有较高比容量及较优倍率性能的新型电极材料是电化学电容器研究的重点。采用一种简单的水热方法再结合氨气气氛高温煅烧,制备了氮化铌/氮掺杂石墨烯复合材料。所制备的复合材料中氮化铌颗粒的粒径约为10-15纳米,且均匀分散在石墨烯片层上。使用氮化铌/氮掺杂石墨烯作负极、活性炭(AC)作正极,组装了有机系混合型锂离子电容器。电化学测试结果表明,功率密度为100、2000 W kg-1时,该混合电容器的能量密度分别为122.7、98.4 W h kg-1;500 mA g-1的电流密度下循环1000次后,容量保持率为81.7%。该锂离子电容器表现出优异的电化学性能,在传统高比能量锂离子电池和高比功率电化学电容器间架起了桥梁,并在混合电动车储能方面有着重要的潜在应用。混合型钠离子电容器由于成本便宜、功率密度高及循环寿命长,在大规模储能方面具有较大的应用前景。然而,寻找既能快速存储钠离子又能保持良好循环性能的负极材料仍然是一项比较大的挑战。二维过渡金属硫族化合物纳米片因其独特的纳米结构和导电性能,在储能方向越来越受关注。本研究中采用二硫化钼(Mo S2)作为负极材料,与正极材料AC进行质量匹配,并组装成混合型钠离子电容器。电化学性能测试结果显示,该类混合钠离子电容器具有较高能量密度和功率密度,分别达到110.7 W h kg-1和2500 W kg-1;较好的循环稳定性,在2 A g-1电流密度下,经1000次循环后,容量保持率仍可达86.1%。
【关键词】：氮化铌 氮掺杂石墨烯 锂离子电容器 二硫化钼 钠离子电容器
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646;TM53
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 引言7-9
• 第一章 文献综述9-21
• 1.1 电化学电容器的简介9-13
• 1.1.1 双电层电容器10-11
• 1.1.2 法拉第赝电容器11-12
• 1.1.3 混合型电化学电容器12-13
• 1.2 电化学电容器用电极材料的研究进展13-16
• 1.2.1 碳材料13-14
• 1.2.2 金属氧化物14-15
• 1.2.3 导电聚合物15
• 1.2.4 过渡金属氮化物15-16
• 1.3 不同体系的混合型电化学电容器16-20
• 1.3.1 水系混合型电化学电容器16
• 1.3.2 有机系混合型电化学电容器16-20
• 1.3.2.1 锂离子电容器17-19
• 1.3.2.2 钠离子电容器19-20
• 1.4 本文的选题依据和研究内容20-21
• 第二章 实验器材及表征方法21-25
• 2.1 实验药品及设备21-22
• 2.2 材料表征方法22-23
• 2.2.1 扫描电子显微镜22
• 2.2.2 透射电子显微镜22
• 2.2.3X射线衍射技术22-23
• 2.2.4X射线光电子能谱23
• 2.2.5 热重分析技术23
• 2.3 电化学表征设备及方法23-25
• 2.3.1 电化学工作站23
• 2.3.2 循环伏安法23-24
• 2.3.3 充放电测试仪24-25
• 第三章 氮化铌/氮掺杂石墨烯用作锂离子电容器负极材料的研究25-41
• 3.1 引言25
• 3.2 实验部分25-28
• 3.2.1 样品制备25-26
• 3.2.2 样品表征26
• 3.2.3 电化学性能测试26-28
• 3.3 结果与讨论28-39
• 3.3.1 热重结果分析28
• 3.3.2X射线衍射图谱分析28-29
• 3.3.3 电镜表征及分析29-30
• 3.3.4X射线光电子能谱分析30-31
• 3.3.5 电化学性能测试结果分析31-36
• 3.3.6 石墨烯含量对氮化铌/氮掺杂石墨烯电化学性能的影响36-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 二硫化钼用作钠离子电容器电极材料的研究41-51
• 4.1 引言41-42
• 4.2 实验部分42-43
• 4.2.1 实验药品42
• 4.2.2 材料表征42
• 4.2.3 电化学性能测试42-43
• 4.3 结果与讨论43-48
• 4.3.1X射线衍射图谱分析43
• 4.3.2 电镜表征及分析43-44
• 4.3.3 电化学性能测试结果分析44-48
• 4.4 本章小结48-51
• 第五章 结论与展望51-53
• 5.1 结论51
• 5.2 展望51-53
• 参考文献53-61
• 攻读学位期间的研究成果61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 袁美蓉;王臣;徐永进;刘伟强;朱永法;;锂离子电容器的研究进展[J];材料导报;2013年S1期

，

本文编号：608072