基于多孔活性炭正极和掺杂多孔碳负极的锂离子电容器
发布时间：2021-02-11 23:41
锂离子电容器作为下一代储能设备有力的候选者,已经成为当前研究的热点。但是,嵌入式负极的低动力学与电容式正极的快速动力学不匹配问题和化学嵌入/脱出电极的高比容量与物理吸附/脱附型电极的低比容量难以平衡的问题,严重的阻碍了锂离子电容器的发展。因此,探索合成新型的电极材料,已经成为当前急需解决的问题。本文主要围绕制备高性能的锂离子电容器,在碳材料的制备,正负极的匹配优化等方面开展了一系列的工作,主要内容如下:（1）多孔活性炭正极的制备和电化学性能研究。本文使用一步高温碳化活化法制备了多孔活性炭,通过对氢氧化钾的加入量和二次煅烧温度的考察,发现氢氧化钾:沥青粉的质量为为5:1,二次煅烧温度为1000℃时制备出的多孔活性炭具有最优的电化学性能。在电压区间在1.5-4.5 V,电流密度为0.5 A g-1时,该多孔活性炭正极表现出较高的比容量(263.8 m A h g-1)。在电流密度为5 A g-1时,容量保持率仍然可以达到68.11%,表现出优秀倍率性能。（2）掺氮多孔碳负极的制备和电化学性能研究。本文使用一步碳化模板法合成了...
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)锂离子电池和(b)超级电容器的储能机理[6]
中国石油大学（北京）硕士学位论文-5-图1.2各种电化学储能设备的Regone图[9]Fig.1.2Energydensity-PowerdensityDiagramofEnergyStorageequipmentwithdifferentElectrochemicalmechanism为了利用锂离子电池和超级电容器各自的优点，同时弥补其缺点，近年来，人们将锂离子电池与电容器结合，研究探索一种新型的电化学储能设备--锂离子电容器（LIC）。锂离子电容器由电容型正极材料和嵌入型负极材料组成。高容量的电池型负极保证了具有较高的能量密度，而具有快速的电荷储存速度的双电层型正极则保证了高功率密度和长的循环寿命[10]。此外，有机电解质比水系电解质具有更宽的工作电压窗口。综合以上几点，锂离子电容器同时具有高能量密度、高功率密度和循环稳定性好的特点，是最有前景的下一代储能设备，具有广泛的应用价值。
第1章文献综述-6-1.2锂离子电容器的简介1.2.1历史与发展在1999年，Morimoto[11]等人为了解决双电层电容器能量密度低，电压区间窄和锂离子电池循环稳定性差的缺陷，提出了一种新型的混合电容器系统。该系统使用有机电解液，以锂化后的石墨为负极，活性炭为正极，最高工作电压可以超过4.0V，能量密度大大超过双电层电容器。2001年，Amatucci[12]等人首次开发出正极为活性炭，负极为Li4Ti5O12的非对称锂离子电容器（如图1.3）。该电容器的工作电压范围为1.5~3.0V，充放电曲线是一条倾斜的直线，具有典型的电容行为。该系统比能量密度超过20Whkg1，几乎是传统双电层电容器的4-5倍。并且该文还发现，Ag电极适合作为非水电解液三电极体系中的参比电极。图1.3钛酸锂//活性炭混合超级电容器示意图[12]Fig.1.3SchematicdiagramofLTO//activatedcarbonhybridsupercapacitor2004年，Pasquier[13]等人为了进一步提高能量密度，提出了一种Li4Ti5O12//（LiCoO2:活性炭）锂离子混合电容器，工作原理如图1.4。为了解决活性炭正极容量低的问题，他们将LiCoO2与活性炭以合适的比例混合，利用LiCoO2高容量的特点，提高正极的比容量。从而将锂离子电容器的能量密度提高到了40Whkg1，与此同时，倍率性能也有提高。
本文编号：3029897
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)锂离子电池和(b)超级电容器的储能机理[6]
中国石油大学（北京）硕士学位论文-5-图1.2各种电化学储能设备的Regone图[9]Fig.1.2Energydensity-PowerdensityDiagramofEnergyStorageequipmentwithdifferentElectrochemicalmechanism为了利用锂离子电池和超级电容器各自的优点，同时弥补其缺点，近年来，人们将锂离子电池与电容器结合，研究探索一种新型的电化学储能设备--锂离子电容器（LIC）。锂离子电容器由电容型正极材料和嵌入型负极材料组成。高容量的电池型负极保证了具有较高的能量密度，而具有快速的电荷储存速度的双电层型正极则保证了高功率密度和长的循环寿命[10]。此外，有机电解质比水系电解质具有更宽的工作电压窗口。综合以上几点，锂离子电容器同时具有高能量密度、高功率密度和循环稳定性好的特点，是最有前景的下一代储能设备，具有广泛的应用价值。
第1章文献综述-6-1.2锂离子电容器的简介1.2.1历史与发展在1999年，Morimoto[11]等人为了解决双电层电容器能量密度低，电压区间窄和锂离子电池循环稳定性差的缺陷，提出了一种新型的混合电容器系统。该系统使用有机电解液，以锂化后的石墨为负极，活性炭为正极，最高工作电压可以超过4.0V，能量密度大大超过双电层电容器。2001年，Amatucci[12]等人首次开发出正极为活性炭，负极为Li4Ti5O12的非对称锂离子电容器（如图1.3）。该电容器的工作电压范围为1.5~3.0V，充放电曲线是一条倾斜的直线，具有典型的电容行为。该系统比能量密度超过20Whkg1，几乎是传统双电层电容器的4-5倍。并且该文还发现，Ag电极适合作为非水电解液三电极体系中的参比电极。图1.3钛酸锂//活性炭混合超级电容器示意图[12]Fig.1.3SchematicdiagramofLTO//activatedcarbonhybridsupercapacitor2004年，Pasquier[13]等人为了进一步提高能量密度，提出了一种Li4Ti5O12//（LiCoO2:活性炭）锂离子混合电容器，工作原理如图1.4。为了解决活性炭正极容量低的问题，他们将LiCoO2与活性炭以合适的比例混合，利用LiCoO2高容量的特点，提高正极的比容量。从而将锂离子电容器的能量密度提高到了40Whkg1，与此同时，倍率性能也有提高。
本文编号：3029897
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3029897.html
