發(fā)布時(shí)間：2020-12-13 02:36

　　隨著化石燃料的迅速減少和能源需求的增加,開(kāi)發(fā)和利用可再生能源并研究新的儲(chǔ)能裝置已經(jīng)迫在眉睫。超級(jí)電容器是采用電極與電解質(zhì)之間形成的雙電層界面來(lái)存儲(chǔ)能量的新型電化學(xué)儲(chǔ)能器件。它具有充電時(shí)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(diǎn)。為制備出性能優(yōu)越的超級(jí)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(guó)家可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)。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(duì)其碳化活化,制備出了幾種性能優(yōu)異的超級(jí)電容器電極材料。同時(shí),對(duì)制備的材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌等系統(tǒng)的表征和電化學(xué)性能測(cè)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(shí)驗(yàn)條件下,分別以KOH、NaOH、Na₂CO₃為活化劑,通過(guò)化學(xué)活化法制備活性炭�？疾炝嘶罨瘎〾A性對(duì)制備材料比表面積及電容性能的... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

超級(jí)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(guò)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(chǔ)能機(jī)理的是德國(guó)物理學(xué)家Helmholtz，后經(jīng)Gouy、Grahame等人進(jìn)一步完善形成現(xiàn)今的完整體系。雙層型電容器電荷存儲(chǔ)屬于非法拉第過(guò)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(dāng)在兩電極上施加電場(chǎng)后，正電荷和負(fù)電荷居于兩個(gè)分開(kāi)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(hào)相反的反離子。帶電表面和反離子構(gòu)成雙電層以此來(lái)存儲(chǔ)電荷。當(dāng)撤銷(xiāo)電場(chǎng)后，電極上的電荷通過(guò)外電路進(jìn)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(fù)離子則重新進(jìn)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(lái)表達(dá)：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(chǔ)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(dāng)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(duì)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(wú)外加電源時(shí)電位(b)有外加電源時(shí)電位1—雙電層；2—電解液；3—電極；4—負(fù)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(duì)雙層型電化學(xué)電容器的補(bǔ)充，贗電容在電極表面產(chǎn)生，利用了法拉第過(guò)程進(jìn)行電荷存儲(chǔ)。贗電容，也稱(chēng)法拉第準(zhǔn)電容，是在電極表面或體相中的二維或者準(zhǔn)二維空間上，某些電化學(xué)活性物質(zhì)

碩士學(xué)位論文5分析，贗電容器可以分為三個(gè)類(lèi)型:(1)欠電位沉積；(2)氧化還原贗電容；(3)插層式贗電容。對(duì)于金屬氧化物，其化學(xué)吸脫附機(jī)理過(guò)程為：MOx+yH＋(OH)-+y(-)e-→MOx-y(OH)y(1.2)當(dāng)在兩電極上施加電場(chǎng)后，溶液中的離子電化學(xué)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(chǔ)存起來(lái)。放電時(shí)，反應(yīng)的離子返回電解液中，存儲(chǔ)的電荷通過(guò)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(xué)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(fù)極電位Fig.1.3ElectrochemicaltantalumcapacitorchargingstatepotentialdistributiondiagramE0-Ea-chargestatepositivepotential;E0-Eb-chargestatenegativepotential1.2.4超級(jí)電容器的應(yīng)用領(lǐng)域超級(jí)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(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電、軍事和工業(yè)等領(lǐng)域。目前，根據(jù)超級(jí)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(jí)電容器作為輔助電源在動(dòng)力汽車(chē)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(chǎng)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(jí)電容器正好可以填補(bǔ)其缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。將超級(jí)電容器與蓄電池聯(lián)用，作為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)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(yùn)營(yíng)成本，滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)要求[22,23]。當(dāng)汽車(chē)起步時(shí)，燃料電池驅(qū)動(dòng)整車(chē)，富裕的功率向超級(jí)電容器進(jìn)行充電；而當(dāng)車(chē)輛進(jìn)行加速或者爬坡時(shí)，超級(jí)電容器則提供大電流放電，使汽車(chē)正常行駛；車(chē)輛減速時(shí)，自動(dòng)充電系統(tǒng)則回收能量到超級(jí)電容器進(jìn)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(dòng)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯/氧化鐵復(fù)合材料的制備及其超級(jí)電容性能研究[J]. 姚亞,徐軍明.  通信電源技術(shù). 2018(09)
[2]紅薯基活性炭的制備及其電性能表征[J]. 姜明珠,高天,張桂菊.  材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2018(02)
[3]組合法制備MnO2/活性碳復(fù)合電極材料及其電化學(xué)性能研究[J]. 李祥,鄭峰,羅援,羅泳梅,張瓊.  功能材料. 2017(08)
[4]靜電紡絲法制備煤基納米碳纖維及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用[J]. 何一濤,王魯香,賈殿贈(zèng),趙洪洋.  高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào). 2015(01)
[5]CO2活化溫度對(duì)N-C復(fù)合碳?xì)饽z結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響[J]. 常麗娟,袁磊,付志兵,韋建軍,唐永建,王朝陽(yáng).  強(qiáng)激光與粒子束. 2014(02)
[6]水蒸氣活化法制備椰殼活性炭的研究[J]. 王寧,蘇偉,周理,周亞平.  炭素. 2006(02)
[7]電化學(xué)陰極沉積制備氧化鎳/碳納米管復(fù)合電極的準(zhǔn)電容特性(英文)[J]. 王曉峰,阮殿波,梁吉.  化學(xué)物理學(xué)報(bào). 2005(03)
[8]電化學(xué)電容器的特點(diǎn)及應(yīng)用[J]. 張治安,鄧梅根,胡永達(dá),楊邦朝.  電子元件與材料. 2003(11)
[9]超級(jí)電容器用多孔碳材料的研究進(jìn)展[J]. 田艷紅,付旭濤,吳伯榮.  電源技術(shù). 2002(06)
[10]“超電容”電化學(xué)電容器研究進(jìn)展[J]. 王曉峰,解晶瑩,孔祥華,劉慶國(guó).  電源技術(shù). 2001(S1)

博士論文
[1]新型能源材料—電化學(xué)電容器與鋰離子電池電極材料的研究[D]. 梁彥瑜.蘭州大學(xué) 2006

碩士論文
[1]電紡多孔富氮碳纖維的制備及其電化學(xué)性能的研究[D]. 董斌.揚(yáng)州大學(xué) 2016
[2]納米碳管/納米碳纖維電極超級(jí)電容器[D]. 張超.浙江大學(xué) 2006



本文編號(hào)：2913731