超級電容器與鋰離子電池是目前主流的電化學(xué)儲能器件,但二者又分別具有各自的特點。超級電容器的優(yōu)勢在于充放電速率快、高功率密度與長循環(huán)壽命,但能量密度較低;鋰離子電池通常具有很高的能量密度,但壽命較短。隨著便攜式電子設(shè)備、電動汽車等領(lǐng)域的需求不斷增加,開發(fā)高性能的鋰離子電池與超級電容器是非常迫切的,對于這兩種電化學(xué)儲能器件其核心都是電極材料,因此開發(fā)新型電極材料并設(shè)計合理的電極結(jié)構(gòu),研究其儲能機(jī)理,對于提高電極性能是很有必要的。本文主要研究內(nèi)容如下:1.以電沉積法在泡沫鎳基底上沉積MnO2,然后在其表面原位電聚合導(dǎo)電高分子PEDOT-PSS,形成復(fù)合結(jié)構(gòu)材料,研究不同聚合時間包覆的導(dǎo)電高分子層對復(fù)合電極電化學(xué)性能的影響。通過電化學(xué)測試可知,電聚合10 s得到的PEDOT-PSS包覆的MnO2(P-MnO2-2)復(fù)合材料的比容量最高為346.5F/g,是MnO2電極(179.1 F/g)的1.9倍,在6 A/g大電流密度下仍具有223.5 F/g的比容量,且循環(huán)穩(wěn)定性比較好。最后使用KOH凝膠固態(tài)電解液,組裝成柔性對稱型超級電容器。2.將高性能介孔石墨烯與炭黑顆粒復(fù)合作為導(dǎo)電劑添加到層狀LiNi1/3Co1/3Mn1/302(NCM)材料中,并與常規(guī)導(dǎo)電劑對比。添加有石墨烯/炭黑導(dǎo)電劑(SG)的NCM電極在2000 mA/g電流密度下的放電比容量為78 mAh/g,是使用炭黑/導(dǎo)電石墨導(dǎo)電劑的電極的1.7倍。EIS結(jié)果也表明,添加了 SG導(dǎo)電劑的NCM材料相對于使用其它導(dǎo)電劑的電極具有較小的電荷轉(zhuǎn)移阻抗。我們也采用原位XRD實時觀察使用SG導(dǎo)電劑的NCM電極在首次充電過程中的結(jié)構(gòu)演變過程,在截止電壓為4.3 V時,層狀NCM存在一個從六方相層狀H1到H2的完全相轉(zhuǎn)變過程;(0 1 8)/(1 1 0)這對峰逐漸分離,表示鋰離子從層狀NCM材料中的脫嵌。3.采用內(nèi)部并聯(lián)的方式將電容型材料活性炭(AC)與電池型材料NCM形成雙功能電極,與NCM電極和AC電極相比,雙功能電極既能保持電池材料的高容量,也可以擁有AC材料高倍率性能的特點。在2000 mA/g電流密度下,放電比容量為57.1 mAh/g,遠(yuǎn)高于NCM電極和活性炭電極。進(jìn)一步將雙功能電極與預(yù)嵌鋰的軟碳負(fù)極組裝成多片軟包電池,基于整個器件質(zhì)量計算,最高能量密度可達(dá)52.8 Wh/kg,功率密度最高為9.3 kW/kg,10C電流下2000周循環(huán)后容量保持率為84%,由此可以看出雙功能電極在新型高性能儲能器件上的應(yīng)用是非常有前景的。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O646.54;TB33
【部分圖文】：

邐２００逡逑Ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｅｎｅｒｇｙ邋（Ｗ邋ｈ邋ｋｇ＊１）逡逑圖１．３．１不同二次電池的質(zhì)量功率密度和能量密度分布圖１５４１逡逑Ｆｉｇ．邋１．３．１邋Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ邋ｐｏｗｅｒ邋ａｎｄ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ邋ｆｏｒ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ１５＊＇１逡逑１．３．１鋰離子電池的工作原理逡逑鋰離子電池技術(shù)最早是由索尼公司在１９９０年開始商業(yè)化的，以鋰離子插入逡逑型復(fù)合物為電極正極材料，通過鋰離子來回穿梭于正負(fù)極之間的電解液，在兩個逡逑主體材料之中完成嵌入／脫出過程，來實現(xiàn)能量的存儲與傳遞。圖１．３是以石墨為逡逑負(fù)極，鋰插入型復(fù)合物為正極的鋰離子電池工作原理的示意圖｜５４１。總反應(yīng)方程逡逑式可以用式子１－１表達(dá)｜５５），其中Ｍ表示的是金屬，Ｃ表示的是碳材料。逡逑ＬｉＭＯｘ邋＋邋Ｃｎ邋＾邋Ｌｉｉ．ｙＭＯｘ邋＋邋ＬｉｙＣｎ邐（１－１）逡逑在充電過程中，鋰離子從正極材料中脫出，經(jīng)過電解液后嵌入到負(fù)極材料屮，逡逑電子通過外電路從正極流到負(fù)極？

我們分別將對應(yīng)產(chǎn)物命名為Ｐ－Ｍｎ０２－１，Ｐ－Ｍｎ０２－２。逡逑３．３邋Ｍｎ０２／ＰＥＤ０Ｔ－ＰＳＳ復(fù)合材料電極的結(jié)構(gòu)與形貌特征逡逑Ｍｎ０２／ＰＥＤ０Ｔ－ＰＳＳ復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)類型是通過拉曼測試確定的，圖３．１是逡逑Ｐ－Ｍｎ０２－２的拉曼測試圖譜結(jié)果。可以看出，在４９５、５６７和６４０邋ｃｍ＿ｌ處的拉曼逡逑位移來自于文獻(xiàn)報道過的水鈉錳礦類型－Ｍｎ０２，在６４０邋ｃｒｒＴ１處的拉曼位移是逡逑Ｍｎ０６基團(tuán)中Ｍｎ－Ｏ鍵的對稱伸縮振動，５６７ｃｍ＿１是Ｍｎ－０鍵的在平面內(nèi)伸縮振逡逑動１１0１，１0２｜。在５７８＾＾處有一個寬峰是ＰＥＤＯＴ的Ｃ－Ｏ－Ｃ鍵的變形造成的；８５０逡逑ｃｎ＾１的峰來源于０－Ｃ－Ｃ鍵變形，環(huán)氧乙烯的變形導(dǎo)致在９８５邋ｃｍ—１處出現(xiàn)一個小逡逑寬峰；在１４４０0１＾處的強(qiáng)峰來自于ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ中Ｃ＝Ｃ對稱伸縮振動，１５０５邋ｃｒｒＴ１逡逑處的峰來源于Ｃ＝Ｃ不對稱伸縮振動［１（）３，邋１０４］。拉曼實驗結(jié)果表明成功的在泡沫鎳逡逑上沉積了邋Ｍｎ０２與ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ復(fù)合材料。逡逑２４００邋ｆ邐＇—￣逡逑—－Ｐ－Ｍｎ0２－２邐１

３．４邋Ｍｎ０２／ＰＥＤ０Ｔ－ＰＳＳ復(fù)合材料電極的電化學(xué)性能表征逡逑我們采用三電極體系對復(fù)合材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了表征，電解液采用０．５逡逑Ｍ邋Ｎａ２Ｓ０４溶液。Ｍｎ０２／ＰＥＤ０Ｔ－ＰＳＳ復(fù)合材料的循環(huán)伏安曲線如圖３．６ａ和３．６ｂ逡逑所示，窗口電壓設(shè)置的是在０－０．８邋Ｖ之間。在５邋ｍＶ／ｓ掃速下（圖３．６ａ），可以逡逑看出Ｍｎ０２與Ｐ－Ｍｎ０２的ＣＶ曲線都呈現(xiàn)類似矩形的形狀，但由于贗電容效應(yīng)，逡逑都有所偏離理想矩形。包覆ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ之后，ＣＶ曲線的面積都有所增加，其逡逑中Ｐ－Ｍｎ０２－２所圍的區(qū)域面積最大，表明其電容儲能特性最為優(yōu)異。在１00邋ｍＶ／ｓ逡逑掃速下（圖３．６ｂ），三者ＣＶ曲線都有所變形，但是相比較而言，加入ＰＥＤＰＴ－ＰＳＳ逡逑后變形程度較低，說明包覆導(dǎo)電高分子可以有效提高材料的倍率性能。同時，我逡逑們也對Ｍｎ０２／ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳQL合材料進(jìn)行了丨ｉ（電流充放電測試，如圖３．６ｃ所示，逡逑在０．５Ａ／ｇ的屯流密度下

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張熊;孫現(xiàn)眾;馬衍偉;;高比能超級電容器的研究進(jìn)展[J];中國科學(xué):化學(xué);2014年07期

本文編號：2817859