水系鋅離子混合電容器,因其同時具有鋅離子電池高的能量密度和超級電容器高的功率密度以及超長的循環(huán)穩(wěn)定性,是很有發(fā)展?jié)摿Φ陌踩珒δ芗夹g(shù),現(xiàn)已引起學術(shù)界的廣泛關(guān)注。目前開發(fā)高性能鋅離子混合電容器的主要難題是尋求高比電容電容型電極材料和有效利用的鋅負極制備方法以及開發(fā)寬窗口電解液體系。因其無毒、廉價、良好的循環(huán)壽命和優(yōu)異的功率輸出,商用活性炭被廣泛用作鋅離子混合電容器電容型電極材料。然而,由于其各級孔隙之間互通性較差,比表面積相對較小,限制了器件性能的提升。因此,開發(fā)比表面積高、孔結(jié)構(gòu)豐富、互通性較好的電容型材料是構(gòu)建高性能鋅離子混合電容器的有效手段。本論文以生物質(zhì)或高分子聚合物為碳源,并結(jié)合化學活化法可控制備高比表面積、分級多孔結(jié)構(gòu)、電容性能良好的多孔炭為電容型材料,金屬鋅箔或者聚合物包覆鋅箔以及釩酸鋅（ZnVO）為電池型材料,構(gòu)建了一系列同時具有高能量密度、高功率密度和超長循環(huán)壽命的鋅離子混合電容器。本論文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:（1）以橄欖葉為生物質(zhì)碳源,系統(tǒng)考察了活化劑用量和活化溫度對橄欖葉衍生多孔炭的微觀形貌、孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積、元素組成以及電容性能的影響規(guī)律,確定出最佳制備條件（K... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1雙電層電容器的工作原理示意圖[7]

基于多孔炭材料構(gòu)筑高性能水系鋅離子混合電容器2正負離子迅速脫附并返回電解液溶液中。與此同時，電子由外電路從負極流向正極，完成放電[10,13,14]。由EDLCs的儲能機理可以知道，電極材料的比表面積對電容值有決定性的影響。顯然，高比表面積的活性材料能夠通過靜電積聚儲存更多電荷，因此為了最大限度地提高器件的比電容，電極材料通常由高比表面積的碳基材料制成。因此，各種碳材料被研究和用作EDLCs電極，如活性炭（AC）[15]、碳納米管（CNTs）[16,17]、石墨烯納米薄片[18-20]、碳納米纖維（CNFs）[21,22]、活性炭纖維（ACF）[23,24]和其它形式的碳材料[25]。另一方面，比表面積并不是決定多孔炭材料電容大小的唯一因素。孔徑尺寸、孔徑分布和異質(zhì)原子等因素對多孔炭材料電容值也有重要影響�？讖教‰m然有利于比表面積的提高，但不利于電解質(zhì)離子的快速傳輸，增大了電阻，進而影響電容性能。因此，開發(fā)合適孔隙結(jié)構(gòu)，且富含雜原子的高比表面積碳基材料是提高器件性能的關(guān)鍵。圖1.1雙電層電容器的工作原理示意圖[7]Figure1.1Schematicrepresentationoftheelectricaldoublelayercapacitors圖1.2法拉第準電容器的工作原理示意圖[26]Figure1.2Schematicrepresentationofthepseudocapacitors

基于多孔炭材料構(gòu)筑高性能水系鋅離子混合電容器4件工作電壓范圍，進而提高器件能量輸出能力。眾所周知，二次電池具有較高的能量密度，但因為儲能主要發(fā)生在材料的體相中，導致離子傳輸速度緩慢，功率密度較低[33,34]。因此，有必要開發(fā)出同時具有二次電池和超級電容器各自優(yōu)點的新型電化學儲能設(shè)備。圖1.3不同儲能器件能量密度與功率密度對比圖[35]Figure1.3Ragoneplotsforvariousenergystoragedevices基于此，研究者在不同類型的超級電容器上進行了大量的研究工作來提高器件的整體性能，最終提出了一種新型的儲能概念，它將二次電池型電極（通過法拉第氧化還原反應(yīng)進行儲能）與電容型電極（采用靜電吸附進行儲能）有效地結(jié)合在一起，以實現(xiàn)同時具有二次電池和超級電容器各自優(yōu)點的新型電化學儲能設(shè)備，一種特殊不對稱超級電容器——金屬離子混合電容器[35-37]。目前，研究較多的金屬離子混合電容器主要有：鋰離子混合電容器（LIHCs），鈉離子混合電容器（NIHCs），鉀離子混合電容器（KIHCs）以及鋅離子混合電容器（ZIHCs）等。圖1.3給出了發(fā)展較好的幾種電化學儲能器件的功率—能量對比示意圖（Ragone圖），可以看出鋰離子混合電容器在沒有損失超級電容器高功率密度的前提下，使混合器件能量密度有了大幅度提升。鋰離子混合電容器已取得了巨大發(fā)展，并且已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用[38,39]。鈉、鉀物理化學性質(zhì)與鋰相似，使得NIHCs和KIHCs也取得了大量研究成果[40-43]。然而，堿金屬Li、Na、K具有極強的化學活性，在水系電解液中不可直接用作電極材料，而引入的有機電解液可燃、有毒，并且器件組裝過程復雜，都不利于該儲能器件的長遠發(fā)展[44,45]。值得注意的是，鋅離子混合電容器（Zincionhybridcapacitors，ZIHCs），因鋅資源豐富，?

【參考文獻】：
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本文編號：2918378