ZIF-8衍生碳材料的制备及其在超级电容器中的应用研究
发布时间：2021-02-18 11:30
为了应对电动汽车、可穿戴电子设备等产业的发展需求,研究者们在高功率储能器件、柔性储能器件等研究领域投入了大量的资金和人力。超级电容器（SC）具有高功率密度、长循环寿命,被认为是一种拥有广阔前景的储能装置。然而,较低的能量密度限制了超级电容器的实际应用。因而,具有较高能量密度的离子液体基高电压超级电容器（ILSC）和锂离子电容器（LIC）引起了广泛的关注。至今,对于ILSC电极和LIC负极来说,设计合成高性能的电极材料仍然是一项巨大挑战。本论文设计并制备了新型ILSC电极材料和LIC负极材料,相应的研究内容概括如下:1.本文制备了一种新型多级孔结构多孔碳/rGO复合材料（HC-40-4）,该材料具有理想的的形貌和孔结构,其中,MOFs衍生的多孔碳以纳米多面体的形式均匀分布在rGO片层上,形成独特的结构。HC-40-4具有高比表面积（2837 m2/g）、合理的介孔/微孔分布和氮掺杂。在测试过多种合成材料的电化学性能后,本文选用HC-40-4和EMIMBF4/PVDF-HFP凝胶电解质组装了高电压柔性超级电容器。柔性器件表现出高比电容（201 F...
【文章来源】：东北师范大学吉林省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同电化学储能装置的能量密度与功率密度[1]
自支撑的电极材料本身可直接用作电极，不需要额外的集流体（如铝箔、铜箔、泡沫镍、导电碳布等等），而非自支撑的电极材料需要和导电剂、粘结剂一起负载在集流体上作为电极。从存储电荷机理的角度，可将电极分为电容型电极和电池型电极，而不同储能机理的电极具有不同的电化学特性。值得注意的是，此处对电极的讨论，仅限于单个电极，而不是指由两个电极组成的器件。其中，电容型电极的储能机制是基于快速的双电层或法拉第电化学反应，一般采用多孔碳、金属氧化物、导电聚合物等作为活性材料，主要在电极/电解液界面完成电荷存储。尽管电容型与电池型电极的储能机理较为相似，但前者在充放电时，电解质离子无需通过体相扩散进入电极材料内部，电极材料不发生相变，电极可以在很短时间内完成充放电，与此同时，高安全性、长循环寿命等特点也是其相对于后者的优势。除此之外，在恒流充放电时，前者的电压呈线性变化且 CV 曲线为矩形。后者的 CV 曲线具有明显的氧化还原峰，且当恒流充放电时，存在电压平台。研究者们用电容值（单位是 F）衡量电容型电极储存电荷的能力，用容量值（单位是 mAh）衡量电池型电极的性能。如图 1-2[2]所示，电容型电极根据储能机制可分为两类：双电层电容和赝电容。
隔膜（或固态电解质）分隔，电解质离子可在两个电极机理或电化学性能不同，电容器器件的性能很大程度上极的匹配方式，可将超级电容器分为两类：对称型电容容器器结构简单，由两个相同的电极组成，如图 1-3[14]所示有金属氧化物[16, 17]、导电聚合物[18-20]等。对称型电容器，例如 H2SO4水溶液、KOH 水溶液等，但是水系对称限制了能量密度。于是，很多研究致力于提高对称型电容口更高的有机系电解液或离子液体电解液，例如 TEA实际应用中，如何在电解液的电压窗口、浸润性、离子之间取舍，以发挥电容器的最佳性能，仍是一项挑战。宽电压窗口，采用非对称的器件构造也可以扩大工作电
本文编号：3039498
【文章来源】：东北师范大学吉林省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同电化学储能装置的能量密度与功率密度[1]
自支撑的电极材料本身可直接用作电极，不需要额外的集流体（如铝箔、铜箔、泡沫镍、导电碳布等等），而非自支撑的电极材料需要和导电剂、粘结剂一起负载在集流体上作为电极。从存储电荷机理的角度，可将电极分为电容型电极和电池型电极，而不同储能机理的电极具有不同的电化学特性。值得注意的是，此处对电极的讨论，仅限于单个电极，而不是指由两个电极组成的器件。其中，电容型电极的储能机制是基于快速的双电层或法拉第电化学反应，一般采用多孔碳、金属氧化物、导电聚合物等作为活性材料，主要在电极/电解液界面完成电荷存储。尽管电容型与电池型电极的储能机理较为相似，但前者在充放电时，电解质离子无需通过体相扩散进入电极材料内部，电极材料不发生相变，电极可以在很短时间内完成充放电，与此同时，高安全性、长循环寿命等特点也是其相对于后者的优势。除此之外，在恒流充放电时，前者的电压呈线性变化且 CV 曲线为矩形。后者的 CV 曲线具有明显的氧化还原峰，且当恒流充放电时，存在电压平台。研究者们用电容值（单位是 F）衡量电容型电极储存电荷的能力，用容量值（单位是 mAh）衡量电池型电极的性能。如图 1-2[2]所示，电容型电极根据储能机制可分为两类：双电层电容和赝电容。
隔膜（或固态电解质）分隔，电解质离子可在两个电极机理或电化学性能不同，电容器器件的性能很大程度上极的匹配方式，可将超级电容器分为两类：对称型电容容器器结构简单，由两个相同的电极组成，如图 1-3[14]所示有金属氧化物[16, 17]、导电聚合物[18-20]等。对称型电容器，例如 H2SO4水溶液、KOH 水溶液等，但是水系对称限制了能量密度。于是，很多研究致力于提高对称型电容口更高的有机系电解液或离子液体电解液，例如 TEA实际应用中，如何在电解液的电压窗口、浸润性、离子之间取舍，以发挥电容器的最佳性能，仍是一项挑战。宽电压窗口，采用非对称的器件构造也可以扩大工作电
本文编号：3039498
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