结构调控与氧化还原型电解液添加剂对炭基超级电容器性能研究

发布时间：2020-03-31 07:35

【摘要】：化石能源枯竭和全球气候变暖使人们对可再生能源的利用日益重视,大力发展清洁能源汽车也成为不可逆转的趋势。高效的能量储存和转换技术是可再生能源利用和发展电动汽车的关键技术之一。超级电容器(supercapacitors)也称电化学电容器。由于具有功率密度高、循环寿命长、能瞬间大电流快速充放电、安全、无污染等特点,超级电容器引起了国内外研究者的广泛关注,成为当前化学电源领域的研究热点之一。本论文主要利用模板炭化法制备多孔纳米炭材料,深入考察了炭化温度和氢气的平衡关系对炭材料性能的影响。利用多功能模板剂控制合成分级多孔炭材料,并通过引入一系列不同的氧化还原添加剂进一步提高超级电容器的电化学性能,对其机理进行深入研究。具体内容如下:1.通过模板炭化法合成氮掺杂片状炭材料,其中二苯氨基脲和MgCl2·6H20分别作为碳源和模板。合成出的氮掺杂炭材料是非晶的炭材料,并且炭材料拥有高比表面积和孔容。更重要的是,向1 molL-1 2SO4电解液中加入氧化还原添加剂对羟基苯甲酸(HBA)、3,4-二羟基苯甲酸(DHBA)、3,4,5-三羟基苯甲酸(THBA)时,超级电容器的比电容和能量密度都有很大的提高。和传统的H2S04电解液相比,加入HBA后,超级电容器的比电容提高了 1.57倍。另外,和H2SO4电解液相比,加入DHBA后,超级电容器的比电容提高了 3.18倍。这是因为HBA和DHBA在电解液中发生了可逆的氧化还原反应,在氧化和还原的过程中分别得失一对电子质子和两对电子质子。但和HBA以及DHBA相比,THBA的氧化还原反应是不可逆的。除此之外,HBA和DHBA的氧化还原过程均属于扩散控制。2.孔隙率和石墨化程度之间的平衡关系对电极材料的电容性能方面有着至关重要的作用。通过调整炭化温度和用氢气处理的方法,这一问题得到了解决。结果表明,在氢气的环境下,炭化温度为800 ℃时是获得具有较高表面性能和低石墨化程度炭材料的最佳条件。此外,通过分析炭材料的表面性能可以发现氢气和高温的共同作用能够导致炭材料表面的含氧官能团明显下降。但在氢气的环境下,炭化温度为800 ℃时,炭材料的电化学性能得到了提高。在氢气的环境下,炭化温度为800 ℃下得到的炭材料的比电容为171 F g-1,在氮气环境下,炭化温度为800 ℃下得到的炭材料的比电容为145 F g-1,这可能是由于比表面积和孔容的增大以及阻抗的减小导致的。与此同时,氢气的环境下,炭化温度为800 ℃下得到的炭材料具有更高的循环稳定性(循环5000次后比电容衰减3.7%)和能量密度(8.36Whkg-1)。
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重要的作用。目前为止，各种各样的电解液也被广泛地研究。大体上，电解液可逡逑以分为以下三大类：离子液体电解液、固态或准固态电解和氧化还原电解液（如逡逑图１．２所示）。目前为止，市场上还没有能满足所有需求的电解液，每种电解液逡逑都有自己的有点和缺点。例如，具有水性电解液的电化学电容器具有高导电性和逡逑高电容性，但它的工作电压被水性电解液的分解电压限制。虽然有机电解液和离逡逑子液体电解液可以在较高的工作电压下工作，但它们的离子电导率很低。固态电逡逑解液或准固态电解液可以降低电解质泄露的可能，，但通常也会面临低电导率的问逡逑题。逡逑氧化还原电解液主要是电解液中的添加剂发生可逆的氧化还原反应。就我们逡逑了解的，氧化还原添加剂可以主要被分为两大类：无机氧化还原添加剂和有机氧逡逑化还原添加剂。但无机氧化还原添加剂的数量太少了，这样大大地限制了其应用逡逑领域。有机氧化还原添加剂却恰好相反，和无机氧化还原添加剂相比，有机氧化逡逑还原添加剂数量更多

合物中的乙醇能快速挥发，直至混合物变为干燥的混合物。再将烘干的混合物置逡逑于辊压机中压片至指定厚度的片状，最后将片状的混合物用切片机切成圆形的片逡逑状物，二电极体系的工作电极就被制备出了。二电极装置的示意图如图２．１所示。逡逑亦，逦广逡逑蜷

本文编号：2608772