發(fā)布時(shí)間：2020-05-16 16:40

【摘要】：在過去的幾十年中,隨著過度消耗化石燃料和日益增長(zhǎng)的環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重,探索一種綠色的可持續(xù)能源成為我們目前亟需解決的課題之一,同時(shí)我們也需要研究具有更高效率的能量轉(zhuǎn)換途徑和更先進(jìn)的能量存儲(chǔ)技術(shù)。超級(jí)電容器是一種典型的能量存儲(chǔ)裝置,它擁有極好的功率密度以及卓越的循環(huán)穩(wěn)定性,因此它已經(jīng)在許多先進(jìn)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中引起了廣泛的關(guān)注。導(dǎo)電聚合物作為贗電容器電極材料已經(jīng)得到了普遍地研究。然而,一個(gè)不可避免的問題就是在反復(fù)地充放電過程中導(dǎo)電聚合物的主干網(wǎng)上常常會(huì)發(fā)生離子的嵌入或脫出,這造成了它會(huì)經(jīng)歷一個(gè)持續(xù)的膨脹/收縮過程,進(jìn)而導(dǎo)致了嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)崩塌和急速的容量衰減。規(guī)避該問題的有效途徑之一就是將具有高贗電容性能的導(dǎo)電聚合物和結(jié)構(gòu)性質(zhì)穩(wěn)定的碳材料相結(jié)合從而形成復(fù)合材料。本論文先使用化學(xué)活化中的氫氧化鉀活化法使柳絮轉(zhuǎn)變?yōu)榻宦?lián)碳納米片,隨后利用簡(jiǎn)單的一步原位化學(xué)氧化聚合反應(yīng)制備聚吡咯/交聯(lián)碳納米片和聚苯胺/交聯(lián)碳納米片復(fù)合材料。我們通過一系列的物理表征,如掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、拉曼光譜儀和傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀等研究了復(fù)合材料的整體形貌、分子結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成等物理性質(zhì),并且利用循環(huán)伏安測(cè)試、恒流充放電測(cè)試和交流阻抗測(cè)試分析了復(fù)合材料的超級(jí)電容性能。電化學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)表明,當(dāng)電流密度從0.1 A g~(-1)升高至5 A g~(-1)時(shí),聚吡咯/交聯(lián)碳納米片電極的比電容從313.75 F g~(-1)降到236.37 F g~(-1),容量保持率為75.34%。2000次循環(huán)后該電極的比電容為231.44 F g~(-1),是初始值的85.68%,最后一次循環(huán)的庫倫效率為97.95%。當(dāng)電流密度為0.1 A g~(-1)時(shí),聚苯胺/交聯(lián)碳納米片電極的比電容為442.46 F g~(-1)。我們使用兩個(gè)質(zhì)量相近的聚苯胺/交聯(lián)碳納米片電極組裝了對(duì)稱型超級(jí)電容器,使用的電解液為1 mol L~(-1) H_2SO_4溶液。該電容器最大的能量密度為28.91 Wh kg~(-1),此時(shí)的功率密度為85.12 W kg~(-1),具有極好的循環(huán)穩(wěn)定性,循環(huán)10000次后,容量保持率高達(dá)90.50%,并且擁有杰出的庫倫效率(保持在100%左右)。在此基礎(chǔ)上,我們通過氧化還原反應(yīng)得到了二氧化錳/聚苯胺/交聯(lián)碳納米片三元分層復(fù)合材料,并對(duì)其進(jìn)行了一系列的電化學(xué)測(cè)試。比電容最大可達(dá)434.79 F g~(-1)(電流密度為0.1 A g~(-1)),在電流密度1 A g~(-1)下,2000次循環(huán)后該電極的比電容為293.85 F g~(-1),為初始值的88.36%,2000次循環(huán)內(nèi)該電極的庫倫效率在100%左右。
【圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文化物以及導(dǎo)電聚合物這三種。對(duì)集流體的要求有以下兩點(diǎn)：（1解，不與活性物質(zhì)或者電解液反應(yīng)；（2）能與活性物質(zhì)充分接12-14]主要起著介質(zhì)的作用，，為電極反應(yīng)提供陰陽離子，并確保儲(chǔ)應(yīng)或離子吸附是可逆的，通�？筛鶕�(jù)電極的特性來選擇最適宜的電容性能。]的作用是阻止電子通過，保障電解液中的陰陽離子正常擴(kuò)散，發(fā)生短路，從而影響電容器的正常使用。常用的隔膜有聚乙烯（）隔膜、玻璃纖維和電容器紙等。

圖 1.1 超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖1.2.2 超級(jí)電容器的分類基于儲(chǔ)存能量原理的不同，超級(jí)電容器可以分為三大類：電化學(xué)雙電層電容器（Electrochemical Double-Layer Capacitor，EDLC）、法拉第電容器和混合電容器。1. 電化學(xué)雙電層電容器電化學(xué)雙電層電容器是通過在電極材料和電解液之間產(chǎn)生的雙電層電容來貯存能量的（圖 1.2）。當(dāng)電極材料與電解液互相接觸時(shí)，通過庫倫力、分子間力和原子間力等作用，在電極材料/電解液界面形成了兩層穩(wěn)定的且電性相反的電荷，稱為界面雙電層（Electric Double Layer）[15]。電化學(xué)雙電層電容器充放電過程如圖 1.2 所示，充電時(shí)電子經(jīng)由外電路從正極遷移至負(fù)極，同時(shí)電解液中的陰陽離子以相反的方向同時(shí)遷移到電極表面并且吸附到電極表層，電能以電子的形式積蓄在電極/溶液界面上；當(dāng)電容器與電器形成回路時(shí)，電容器會(huì)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(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)博士學(xué)位論文 前1條

1 郎俊偉;用于超級(jí)電容器的金屬氧化物及其復(fù)合電極材料的制備與性能研究[D];蘭州理工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 劉敏;高容量金屬氫氧化物/活性炭混合超級(jí)電容器的組裝及性能研究[D];蘭州理工大學(xué);2010年

2 法蕓;超級(jí)電容器納米電極材料的制備和電化學(xué)性能研究[D];青島科技大學(xué);2008年

3 胡軍;超級(jí)電容器電極材料及相關(guān)技術(shù)的研究[D];西華大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2667024