【摘要】：超級(jí)電容器(又稱為電化學(xué)電容器)因其具有較高的功率密度、較好的倍率性能、快的充放電速率、高的循環(huán)穩(wěn)定性、寬的溫度適用范圍和簡(jiǎn)單的制備方法而被廣泛研究。超級(jí)電容器在能源儲(chǔ)備系統(tǒng)、可移動(dòng)電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車等方面具有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)公式E=1/2CV~2可得到,超級(jí)電容器的能量密度與單位電容量和電壓窗口的平方成正比。因此,制備單位電容量高且電壓窗口大的電極材料是提高超級(jí)電容器電化學(xué)性能的有效方法。本文采用鈷、鎳和鐵元素為基礎(chǔ)元素,制備了CoNiFe-LDH/CNFs納米復(fù)合材料和NiFe-LDH/RGO/CNFs納米復(fù)合材料,并采用XRD,XPS,FE-SEM,TEM,FT-IR,TGA,CV,GCD和EIS等方法對(duì)形貌、組成以及電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,并將其應(yīng)用在不對(duì)稱超級(jí)電容器中。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)采用簡(jiǎn)單的原位復(fù)合法成功制備了CoNiFe-LDH/CNFs納米復(fù)合材料。CoNiFe-LDH/CNFs納米復(fù)合材料在1 A g~(-1)的電流密度下,單位電容量可達(dá)1203 F g~(-1)。鑒于復(fù)合材料的優(yōu)異性能,我們以CoNiFe-LDH/CNFs納米復(fù)合材料和活性炭分別作為正、負(fù)極材料組裝成不對(duì)稱超級(jí)電容器,在1 A g~(-1)時(shí),其能量密度為30.2 W h kg~(-1),相對(duì)應(yīng)的功率密度為800.1 W kg~(-1),是優(yōu)良的超級(jí)電容器電極候選材料之一。(2)采用簡(jiǎn)單的原位復(fù)合法成功制備了NiFe-LDH/RGO/CNFs納米復(fù)合材料。此外,我們采用相同的方法制備了NiFe-LDH/CNFs,NiFe-LDH/CNTs和NiFe-LDH/RGO納米復(fù)合材料。我們發(fā)現(xiàn)NiFe-LDH/RGO/CNFs納米復(fù)合材料在電流密度為1 A g~(-1)時(shí)的單位電容量為1330.2 F g~(-1),優(yōu)于NiFe-LDH/CNFs,NiFe-LDH/CNTs和NiFe-LDH/RGO納米復(fù)合材料。因此,我們以NiFe-LDH/RGO/CNFs納米復(fù)合材料和活性炭分別作為正、負(fù)極材料組裝成不對(duì)稱超級(jí)電容器,在1 A g~(-1)時(shí),其能量密度為33.7 W h kg~(-1),相應(yīng)的功率密度為785.8 W kg~(-1)。當(dāng)將兩個(gè)不對(duì)稱超級(jí)電容器和一個(gè)2 V的LED燈泡串聯(lián)時(shí),能點(diǎn)亮LED燈泡。這種電極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,具有很好的應(yīng)用前景。
【圖文】：

第一章 緒論1.1 引言隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、化石燃料的過(guò)度消耗和環(huán)境問(wèn)題的不斷惡化，人們迫切需要高效、清潔和可持續(xù)的能源。(Bai et al. 2017; Chen et al. 2017; Cheng et al. 2013)。清潔能源具有很多種形態(tài)，例如人們使用的太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能、核能以及生物能等。然而，在當(dāng)今社會(huì)能源需要非常高、能源利用需要持續(xù) 24h 的情況下，這些清潔能源具有常規(guī)能源的間歇性而不能作為可持續(xù)能源(Azam et al. 2013)。值得關(guān)注的是，能量?jī)?chǔ)存裝置可以有效的儲(chǔ)存來(lái)自可再生能源的電能，可以在不同地方重復(fù)使用(Shietal.2013)。因此，制造高性能的儲(chǔ)能設(shè)備，如太陽(yáng)能電池、燃料電池、鋰電池和超級(jí)電容器，已成為一個(gè)重要的研究方向(Luetal.2017)。超級(jí)電容器因具有價(jià)格低廉、循環(huán)穩(wěn)定性長(zhǎng)、功率密度高和充放電效率快等優(yōu)點(diǎn)(Wang et al. 2017); (Tang et al. 2012b); (Shao et al. 2012);(Shen et al. 2013)，已成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新熱點(diǎn)。

圖 1-2 雙電層電容器原理圖。Fig. 1-2 Mechanism of charge discharge process for EDLCs.容器常用的電極材料是碳材料，是通過(guò)靜電電荷分離，，電解表面移動(dòng)，在表面形成電荷層，主要依靠雙電層效應(yīng)完成能面發(fā)生非氧化還原反應(yīng)，從電化學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，這種電極屬于完允許很快的能量存儲(chǔ)和釋放，具有較高的速率容量和循環(huán)穩(wěn)如圖 1-2 所示(Choi et al. 2012; Frackowiak 2007)。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33;TM53

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 Shan Shi;Chengjun Xu;Cheng Yang;Jia Li;Hongda Du;Baohua Li;Feiyu Kang;;Flexible supercapacitors[J];Particuology;2013年04期

2 Lorenzo Grande;Vishnu Teja Chundi;Chris Bower;Piers Andrew;Tapani Ryhnen;;Graphene for energy harvesting/storage devices and printed electronics[J];Particuology;2012年01期

本文編號(hào)：2647262