【摘要】：作為一種新型儲(chǔ)能裝置,超級電容器具有壽命長,充放電快速以及大的功率密度等優(yōu)勢。作為一種重要的過渡金屬氧化物,釩氧化合物因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和大的可變價(jià)范圍(+5 to+2),因此作為超級電容器的電極材料,它具有高的能量密度和理論上的有效離子擴(kuò)散速率。但是它低的實(shí)際離子擴(kuò)散率(10~-1313 to 10~-1212 cm~2 s~(-1))和導(dǎo)電能力限制了它作為超級電容器電極材料的發(fā)展。本文針對釩氧化物這些缺點(diǎn),著重從材料納米化,與碳材料復(fù)合等方面對純釩氧化物進(jìn)行改性研究,探討了材料的物理性能和電化學(xué)性能,具體內(nèi)容如下:1.本文采用凝膠-水熱法制備了V_6O_(13)@C核殼納米棒復(fù)合材料,接著以此為前驅(qū)體,經(jīng)過退火處理成功制備了的VO_x@C核殼納米棒復(fù)合材料。研究了兩種復(fù)合材料的形貌;測定了其比表面積及孔洞分布情況;探究了材料中碳包含的有機(jī)基團(tuán)類型;確定了兩種復(fù)合材料電極在三電極體系下的電化學(xué)性能以及退火溫度和初始五氧化二釩質(zhì)量對V_6O_(13)@C和VO_x@C的電化學(xué)性能的影響。物理結(jié)構(gòu)表征結(jié)果表明,兩種復(fù)合材料屬于介孔材料,VO_x@C復(fù)合材料的比表面積很大,比表面積在131~282 m~2·g~(-1);包覆在釩氧化物表面的碳是有機(jī)碳,且其包括-OH,C-H,C=O和C=C等有機(jī)基團(tuán)。電化學(xué)測定表明,初始五氧化二釩原料的質(zhì)量為0.8 g,煅燒溫度為700℃制備的樣品電化學(xué)性能最佳,最佳條件制備的樣品為S-0.8-700,該樣品在0.5 A·g~(-1)的電流密度下的比電容高達(dá)548 F·g~(-1);且此樣品有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性,當(dāng)電流密度為5 A·g~(-1)時(shí),樣品的比電容保持率高達(dá)83.3%,經(jīng)過1000次循環(huán)后樣品的比電容保持率高達(dá)88.3%。2.本研究以樣品S-0.8-700為正負(fù)極,1 mol·L~-11 Na_2SO_4溶液為電解液,組裝對稱型超級電容器。循環(huán)伏安結(jié)果表明對稱性超級電容器的最佳電位窗口和掃描速率分別為0-0.85 V和10 mV·s~(-1)。恒電流充放電結(jié)果顯示,首先對稱型超級電容器有大的比電容和良好的充放電可逆性(在電流密度為0.2 A·g~(-1),充放電比電容分別為119 F·g~(-1)和109F·g~(-1),充放電效率達(dá)91.6%);其次它有具有良好的倍率性能和循環(huán)壽命。其在5 A·g~(-1)的比電容相當(dāng)于0.2 A·g~(-1)時(shí)比電容的81.1%。其首次循環(huán)的比電容為108.7 F·g~(-1),1000次充放電后放電比電容為91.9 F·g~(-1),1000次循環(huán)后比電容保持率為84.3%。最后它有良好的能量關(guān)系。當(dāng)功率密度為2136 W·Kg~(-1)時(shí),能量密度高達(dá)8.9 Wh·Kg~(-1),這與最高能量密度相比,僅僅下降了2 Wh·Kg~(-1),衰減率不足18.4%。
【圖文】：

圖 1-1 雙電層電容器工作原理。Fig. 1-1 Schematic diagram of an EDLC.圖 1-2 法拉第電容原理。Fig. 1-2 Principle of Faraday's capacitance.

圖 1-3 超級電容器的工作原理Fig.1-3 The operating principle of supercapacitor（2）炭黑Sukeun[53]等使用超聲和微波輔助的方法合成了 CoO/石墨烯納米復(fù)合材料。電化學(xué)試表明 CoO/石墨烯納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的電容特性與循環(huán)性能。Kim[54]等利用經(jīng)過處理的炭黑(A-CBs)和強(qiáng)氧化的多壁碳納米管(O-MWNTs)為原料，采用化學(xué)還原法成制備了 MWNTs CBs 復(fù)合材料。電化學(xué)測試表明，材料的電化學(xué)性能與 CB 的含量成比。（3）炭纖維相較于活性炭材料，活性炭纖維有其獨(dú)特優(yōu)勢。它具有連接緊密的孔徑不一的孔道
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;TM53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2653999