新型超级电容器材料的结构设计及性能研究
发布时间：2021-12-02 19:04
超级电容器是重要的能量存储装置之一,但其有限的能量密度和传统的结构形式限制了它在更广泛和更多元化的领域的应用。超级电容器的“高性能”和“多功能”是该研究领域和发展方向和热点,具有重要的理论意义和潜在的应用价值。本论文从超级电容器新型电极材料以及多功能超级电容器整体器件的设计与制备两方面出发,构筑高性能,多功能的超级电容器。论文主要工作如下:1.设计并制备了具有优异电化学性能的新型超级电容器电极材料镍钴碲化物（Ni0.33Co0.67Te）:双金属镍钴碲化物具有高的电导率有利于大功率下电子的传输和电化学反应。通过简单的溶剂热和离子交换反应,在镍泡沫上负载新型镍钴碲化物。Ni0.33Co0.67Te纳米管在镍泡沫骨架上相互交织形成多级的孔结构。Ni0.33Co0.67Te纳米管的直径在40 nm左右,壁厚仅为9 nm,长度能达到数十微米。所制备的电极在1 A g-1时比容量达到131.2 mA hg-1,即使电流增加20倍比容量仍能达到79.3 mA hg-1。将其作为正极材料与活性炭负极组装成混合超级电容器后显示出54.0 W h kg-1的比容量（918 W kg-1）。在5000次充...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?２０１０－２０１９年超级电容器论文发表数量
在电动公共汽车、电车方面实现大范围的应用［２１，２２］。??１．２超级电容器概述??超级电容器（Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ），也称电化学电容器（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ），??是作为一种十分有前景的电化学储能装置，具有高功率密度，超长寿命（＞１０００００次），??快速充电／放电速率和高安全性等优点［２（），２３＿２５］。超级电容器的出现填补了锂离子电池和??传统电容器之间的空白，因为它既具备高于锂离子电池的功率密度，又兼具优于传统??电容器的能量密度（图１－２）?［２６］。在混合动力车，可再生能源的负载均衡系统、重型??起重机、电车等领域都有十分重要的应用价值。??１０，Ｔ￣－ａｓ．—???????????１０＊?－??—ｍ?????——???００１?０１?１?１０?１００?１０００??Ｅｎｅｒｇｙ?Ｄｅｎｓｉｔｙ?（Ｗｈ／ｋｇ）??图１－２比较各种超级电容器和电池的能量和功率密度的１１３§〇１＾图［２６］。??Ｆｉｇ．?１－２?Ｒａｇｏｎｅ?ｐｌｏｔ?ｃｏｍｐａｒｉｎｇ?ｔｈｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ａｎｄ?ｐｏｗｅｒ?ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ?ａｎｄ??ｂａｔｔｅｒｉｅｓ［２６］．??一般来说，超级电容器由正极、负极、隔膜、电解液、集流体以及封装外壳组成??（图１－３）。其中的正极和负极通过静电吸附或氧化还原反应存储能量。电解液中包含??自由移动的离子，为电极的能量存储提供必要的物质准备。在超级电容器的工作过程??中，电解液中自由移动的离子在电极和电解液的界面处发生静电吸附或氧化还原反??应，同时电
?第一章绪论???要另加隔膜，但在其他形式的超级电容器中隔膜依然是必不可少的组成部分。??１ｍｍ＠?？ｅ?丨。—：翁：??二：？ｅＶ：＇?２??｜ｌ：：＾ｅ／ｅ￡｜??氧■＿＿＿：４?脚??集流体电极阳离子?外売隔膜电解液阴离子电极集流体??图１－３超级电容器的结构组成示意图。??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ．??１．２．１超级电容器分类及储能机理??超级电容器是基于快速静电吸附或表面法拉第电化学反应的能量存储设备，不同??于基于阳离子（Ｈ＋或Ｌｉ＋）嵌入／脱嵌的可充电电池。典型的超级电容器的循环伏安（ＣＶ）??曲线和恒流充放电（ＧＣＤ）曲线呈现出矩形和对称的三角形，而电池则显示出清晰的氧??化还原峰和充／放电平台（图１－４）?［３（）］。然而，随着超级电容器的不断发展，新型电极??材料的发现，某些电极的ＣＶ和ＧＣＤ曲线也出现了氧化还原峰和充／放电平台，但它??们也同时表现出超级电容器的性能特点。因此，怎样去区别电极材料发生的是电池行??为还是电容行为成为对其分类的关键。??３??
本文编号：3529011
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?２０１０－２０１９年超级电容器论文发表数量
在电动公共汽车、电车方面实现大范围的应用［２１，２２］。??１．２超级电容器概述??超级电容器（Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ），也称电化学电容器（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ），??是作为一种十分有前景的电化学储能装置，具有高功率密度，超长寿命（＞１０００００次），??快速充电／放电速率和高安全性等优点［２（），２３＿２５］。超级电容器的出现填补了锂离子电池和??传统电容器之间的空白，因为它既具备高于锂离子电池的功率密度，又兼具优于传统??电容器的能量密度（图１－２）?［２６］。在混合动力车，可再生能源的负载均衡系统、重型??起重机、电车等领域都有十分重要的应用价值。??１０，Ｔ￣－ａｓ．—???????????１０＊?－??—ｍ?????——???００１?０１?１?１０?１００?１０００??Ｅｎｅｒｇｙ?Ｄｅｎｓｉｔｙ?（Ｗｈ／ｋｇ）??图１－２比较各种超级电容器和电池的能量和功率密度的１１３§〇１＾图［２６］。??Ｆｉｇ．?１－２?Ｒａｇｏｎｅ?ｐｌｏｔ?ｃｏｍｐａｒｉｎｇ?ｔｈｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ａｎｄ?ｐｏｗｅｒ?ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ?ａｎｄ??ｂａｔｔｅｒｉｅｓ［２６］．??一般来说，超级电容器由正极、负极、隔膜、电解液、集流体以及封装外壳组成??（图１－３）。其中的正极和负极通过静电吸附或氧化还原反应存储能量。电解液中包含??自由移动的离子，为电极的能量存储提供必要的物质准备。在超级电容器的工作过程??中，电解液中自由移动的离子在电极和电解液的界面处发生静电吸附或氧化还原反??应，同时电
?第一章绪论???要另加隔膜，但在其他形式的超级电容器中隔膜依然是必不可少的组成部分。??１ｍｍ＠?？ｅ?丨。—：翁：??二：？ｅＶ：＇?２??｜ｌ：：＾ｅ／ｅ￡｜??氧■＿＿＿：４?脚??集流体电极阳离子?外売隔膜电解液阴离子电极集流体??图１－３超级电容器的结构组成示意图。??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ．??１．２．１超级电容器分类及储能机理??超级电容器是基于快速静电吸附或表面法拉第电化学反应的能量存储设备，不同??于基于阳离子（Ｈ＋或Ｌｉ＋）嵌入／脱嵌的可充电电池。典型的超级电容器的循环伏安（ＣＶ）??曲线和恒流充放电（ＧＣＤ）曲线呈现出矩形和对称的三角形，而电池则显示出清晰的氧??化还原峰和充／放电平台（图１－４）?［３（）］。然而，随着超级电容器的不断发展，新型电极??材料的发现，某些电极的ＣＶ和ＧＣＤ曲线也出现了氧化还原峰和充／放电平台，但它??们也同时表现出超级电容器的性能特点。因此，怎样去区别电极材料发生的是电池行??为还是电容行为成为对其分类的关键。??３??
本文编号：3529011
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