隨著化石燃料的迅速減少和能源需求的增加,開發(fā)和利用可再生能源并研究新的儲能裝置已經(jīng)迫在眉睫。超級電容器是采用電極與電解質(zhì)之間形成的雙電層界面來存儲能量的新型電化學儲能器件。它具有充電時間短、可靠的循環(huán)穩(wěn)定性、良好的溫度特性、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。為制備出性能優(yōu)越的超級電容器,關(guān)鍵在于研發(fā)出適合不同電解液的電極材料。目前,應(yīng)用于電容器的電極材料主要有碳系材料、金屬化合物材料、導(dǎo)電聚合物材料等,而這些材料的資源一般為一些不可再生的材料,如:煤炭、石油及其衍生產(chǎn)品等,并不符合國家可持續(xù)發(fā)展的觀點。生物質(zhì)材料,尤其是一些生物質(zhì)廢棄物,由于其低廉的成本、可再生性、易獲得性和環(huán)境友好性,可作為制備電極材料的優(yōu)良資源。本文采用黑枸杞枝條為基本原料,然后利用不同的方法對其碳化活化,制備出了幾種性能優(yōu)異的超級電容器電極材料。同時,對制備的材料進行結(jié)構(gòu)和形貌等系統(tǒng)的表征和電化學性能測試。主要取得的成果如下:（1）以黑枸杞枝條為原料,在相同的實驗條件下,分別以KOH、NaOH、Na₂CO₃為活化劑,通過化學活化法制備活性炭�？疾炝嘶罨瘎〾A性對制備材料比表面積及電容性能的... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

超級電容器組成結(jié)構(gòu)

基于黑枸杞枝條制備多孔炭和復(fù)合碳納米纖維工藝及性能的研究4應(yīng)，主要采用某些過渡金屬氧化物或者導(dǎo)電高聚物為電極材料。1.2.3.1雙電層電容器最早提出雙電層儲能機理的是德國物理學家Helmholtz，后經(jīng)Gouy、Grahame等人進一步完善形成現(xiàn)今的完整體系。雙層型電容器電荷存儲屬于非法拉第過程，其電荷和能量的聚集靠靜電方式完成[19]，工作原理如圖1.2所示。當在兩電極上施加電場后，正電荷和負電荷居于兩個分開的界面上，使得電極帶電。在電荷中性的要求下，電解液中必然有與電極表面電荷數(shù)量相等但符號相反的反離子。帶電表面和反離子構(gòu)成雙電層以此來存儲電荷。當撤銷電場后，電極上的電荷通過外電路進行遷移產(chǎn)生電流，使得電極電位恢復(fù)，而電解質(zhì)中的正負離子則重新進入電解質(zhì)內(nèi)部。雙電層電容器單電極電容量大小可用公式(1.1)來表達：C=Aε/4πd(1.1)式中：C為電容，A是指電極材料的有效表面積，ε是電解質(zhì)的介電常數(shù)，d是等效雙電層厚度。由公式可以看出，雙電層電容器存儲電荷的大小與電極材料的有效表面積和雙電層厚度有關(guān)，適當增加比表面積可有效提高電容。因此，尋求具有高比表面積的電極材料對于雙電層電容器至關(guān)重要。圖1.2雙電層電容器工作原理圖(a)無外加電源時電位(b)有外加電源時電位1—雙電層；2—電解液；3—電極；4—負載Fig.1.2Workingprincipleofelectricdoublelayercapacitor(a)Potentialwithoutexternalpowersupply(b)Potentialwithexternalpowersupply1-doublelayer;2-electrolyte;3-electrode;4-load1.2.3.2法拉第贗電容器贗電容器是對雙層型電化學電容器的補充，贗電容在電極表面產(chǎn)生，利用了法拉第過程進行電荷存儲。贗電容，也稱法拉第準電容，是在電極表面或體相中的二維或者準二維空間上，某些電化學活性物質(zhì)

碩士學位論文5分析，贗電容器可以分為三個類型:(1)欠電位沉積；(2)氧化還原贗電容；(3)插層式贗電容。對于金屬氧化物，其化學吸脫附機理過程為：MOx+yH＋(OH)-+y(-)e-→MOx-y(OH)y(1.2)當在兩電極上施加電場后，溶液中的離子電化學吸附到活性物質(zhì)表面或者近表面，然后與電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為電荷儲存起來。放電時，反應(yīng)的離子返回電解液中，存儲的電荷通過外電路形成電流，使得電極電位恢復(fù)。其原理如圖1-3所示。圖1.3電化學贗電容器充電狀態(tài)電位分布圖E0-Ea—充電狀態(tài)正極電位；E0-Eb—充電狀態(tài)負極電位Fig.1.3ElectrochemicaltantalumcapacitorchargingstatepotentialdistributiondiagramE0-Ea-chargestatepositivepotential;E0-Eb-chargestatenegativepotential1.2.4超級電容器的應(yīng)用領(lǐng)域超級電容器以其良好的能量密度、使用溫度范圍廣、綠色環(huán)保等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于電動汽車、風力發(fā)電、軍事和工業(yè)等領(lǐng)域。目前，根據(jù)超級電容器的不同性能，主要被應(yīng)用于輔助電源、主電源和替換電源[21]。(1)輔助電源：超級電容器作為輔助電源在動力汽車方面的應(yīng)用一直備受大家的關(guān)注。我們知道現(xiàn)今市場上應(yīng)用的蓄電池普遍功率密度都較低而且在低溫下容量衰減速度快，壽命容易終止，而超級電容器正好可以填補其缺點，取長補短。將超級電容器與蓄電池聯(lián)用，作為電動汽車的動力電源不僅提高了電源系統(tǒng)的功率和安全性，還降低了運營成本，滿足電動汽車的技術(shù)要求[22,23]。當汽車起步時，燃料電池驅(qū)動整車，富裕的功率向超級電容器進行充電；而當車輛進行加速或者爬坡時，超級電容器則提供大電流放電，使汽車正常行駛；車輛減速時，自動充電系統(tǒng)則回收能量到超級電容器進行備用。另外，這兩者組合的復(fù)合電源系統(tǒng)可以在較低的溫度下一次啟動

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：2913731