基于硒化镍复合体系柔性超级电容器电极材料及器件研究

发布时间：2020-07-08 23:28

【摘要】：随着柔性电子设备的迅猛发展,柔性储能设备得到了广泛的研究。如何制备高性能的柔性储能设备,一直是研究者们关注的重点。而超级电容器由于其充放电速率快、功率密度高以及成本低等特点得到了广泛的研究。本论文首先综述了目前柔性超级电容器所采用的基底材料的种类以及活性材料的种类、形貌和结构,进而结合柔性基底,利用纳米材料的制备方法,在泡沫镍基底上原位制备了硒化镍纳米棒;并在此基础上进一步制备了基于硒化镍的复合物;最后制备了基于硒化镍复合体系的柔性高性能超级电容器,具体工作如下:(1)在柔性的泡沫镍基底上,通过一步湿化学方法,以泡沫镍为镍源,原位生长硒化镍纳米棒。通过对泡沫镍的处理,使得泡沫镍在生长了活性材料之后仍然保持了原来的柔性,有利于此电极材料在柔性器件中的运用。所制备的硒化镍/泡沫镍电极可以直接应用于超级电容器器件的组装,不需要任何粘结剂,这使得超级电容器体系的溶液电阻约为0.37Ω以及器件的比电容性能达176.75 mF/cm2。(2)为了进一步提升超级电容器的电化学性能,通过两步湿化学方法,将三元过渡金属化合物原位生长在硒化镍纳米棒上,从而制备了硫代镍酸钴/硒化镍/泡沫镍电极,实现硒化镍与三元过渡金属化合物的复合;所制备的电极材料可以直接用于超级电容器器件的组装,基于硫代镍酸钴/硒化镍/泡沫镍电极的对称超级电容器的体系的溶液电阻约为0.58Ω以及器件的比电容性能达312.95 mF/cm2。同时,为了测定其柔性,将其组装成器件,在弯曲和平直的状态下分别进行性能测试,结果显示器件在弯曲状态下,其性能得到了保持,电容器展示了柔性的特性。(3)为了优化实验步骤以及进一步改善超级电容器的电化学性能,通过一步湿化学方法制备了石墨烯/硒化镍/泡沫镍电极,所制备的电极材料可以直接用于超级电容器器件的组装,基于石墨烯/硒化镍/泡沫镍电极的超级电容器体系的溶液电阻约为0.40Ω以及器件比电容性能达408.04 mF/cm~2。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM53;TQ138.13
【图文】：

超级电容器,商业化应用,年号,里程碑

.1 超级电容器的简介随着化石燃料的枯竭，能源危机成了当今社会关注的一大热点，而寻找可的能量转换和储存装置，有利于缓解能源危机。超级电容器，也称为电化学器[1]，作为一种新型的能量存储设备，由于其充放电速率快，功率密度高以本低等特点而备受关注。图 1-1 展示了电容器在二十世纪中期以来超级电容为商业化应用的几个重要节点[2]，在 1957 年，美国的通用公司申请了第一个电容器的专利即低压双电层电容器（low-voltage electrolytic capacitor）专利；1，SOHIO 第一次尝试将电化学电容器推向市场；然而，此时超级电容器的市并没有很景气。1975 年，通过科研人员与集团的合作，首次研发了二氧化钌化的电化学电容器，而此时，超级电容器在市场上也占有一定的份额；在二纪九十年代后期，超级电容器大量运用于混合电动汽车领域；随着科技的发展大科研院校也投入了相当大的人力、物力，在二十一世纪初，超级电容器已用于可穿戴设备和生物传感器等领域；而此时，如何制备高性能柔性的超级器则成为研究的重点。

超级电容器,传递机理,离子

间内能够储存和释放更多的能量（较高的功率密度）。由此储能原理的超级电容器的性能取决于可供吸附离子吸附的电极材料的导电性和孔结构有关。电化学双电层电容器的有较小的能量密度。而赝电容型超级电容器[1-3]与之相反材料上所产生的法拉第效应，因此对应的这种材料也成为对应的电容器称为法拉第电容器，即以氧化还原反应的形杂过程完成能量的储存和释放。在这一过程中由于存在氧型的超级电容器具有较大的能量储存容量（较高的能量密充放电过程会发生氧化还原反应，因此其充放电速率相对功率密度也相对较低。同时，赝电容超级电容器因其电极而使得电极材料的微观结构受到破坏，所以此类超级电容层超级电容器。综上所述，超级电容器的储能原理取决于此，一般为了得到性能更好的超级电容器，大都采取双电行复合，利用材料性能互补的作用，选择合适的方法最终容器电极材料。

关系图,能量密度函数,能量储存,功率密度

第一章绪论超级电容器的性能优点超级电容器，由于其充放电速率快，功率密度高以及成本低等特点而备。超级电容器是一种电量储存能力大于传统电容器但小于电池的新型储能器此，它被认为是连接传统电介质电容器和锂离子电池两类储能设备的桥梁在过去的几十年内受到了极大的关注。首先，超级电容器在单位时间内释收的能量比锂离子电池高一至二个数量级，即超级电容器的功率密度比锂池的更大，能够在连续充放电循环成千上万次后维持其能量储存性能，这的充放电过程和超长的循环寿命都是锂离子电池无法比拟的。而相比于传介质电容器，超级电容器不仅更加轻盈小型化，而且也具有更大的能量储即能量密度。如图 1-3 展示了几种不同的能量储存装置的功率密度-能量密数关系图。

【参考文献】