隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),人類對(duì)能源的需求量也越來(lái)越大,開發(fā)可再生綠色新能源成為當(dāng)今時(shí)代的一大主題。超級(jí)電容器電極材料作為一種儲(chǔ)能材料,它的高功率密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的優(yōu)勢(shì)得到了研究者們的廣泛關(guān)注。在眾多儲(chǔ)能材料中,氧化鎳脫穎而出,它的理論容量較高,并且綠色廉價(jià),來(lái)源豐富,有較大的應(yīng)用前景。通過(guò)對(duì)其儲(chǔ)能與變色性能的研究,對(duì)制備智能化儲(chǔ)能器件有一定價(jià)值。本論文借鑒多孔電極材料的制備方法,將膠體晶體模板法與電沉積法相結(jié)合制備了三維有序大孔(3 DOM)鎳材料,其一是研究其光學(xué)性能,通過(guò)模擬計(jì)算與實(shí)際測(cè)試探索其光學(xué)性能變化情況,其二是將其作為多孔金屬集流體,在其表面通過(guò)溶劑熱法生長(zhǎng)氧化鎳,得到3 DOM鎳/氧化鎳核殼結(jié)構(gòu)電極材料,并探究其儲(chǔ)能能力。本論文首先利用垂直沉積法制備三維有序排列聚苯乙烯膠體晶體模板,采用模板輔助電沉積法(兩電極體系)在模板空隙填充金屬鎳,通過(guò)調(diào)節(jié)電沉積過(guò)程中的電流密度以及沉積時(shí)間來(lái)得到不同填充量的金屬鎳,接著去除模板,最終可以得到3 DOM結(jié)構(gòu)鎳材料。研究了微球孔徑、電流密度以及電沉積時(shí)間對(duì)3 DOM鎳的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響,為了進(jìn)一步探究其光學(xué)性能與3 DOM微觀結(jié)構(gòu)變... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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不同儲(chǔ)能器件Ragone曲線圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3情開發(fā)和研究不同類型的超級(jí)電容器，以供其他領(lǐng)域的能源需求。近年來(lái)在超級(jí)電容器的理論，實(shí)踐研究和開發(fā)方面取得了重大進(jìn)展[15-17]。圖1-2超級(jí)電容器發(fā)展歷程簡(jiǎn)圖超級(jí)電容器作為一種很有發(fā)展前途的儲(chǔ)能裝置，以其充放電速度快、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)備受研究者的親睞。現(xiàn)在由于可穿戴智能電子設(shè)備的逐漸興起，超級(jí)電容器的研究范圍進(jìn)一步擴(kuò)展到多功能、智能化應(yīng)用領(lǐng)域，如自修復(fù)超級(jí)電容器、熱響應(yīng)超級(jí)電容器、形狀記憶超級(jí)電容器、電致變色超級(jí)電容器等。電致變色超級(jí)電容器(ESD)是一種很有前途的智能器件，它使超級(jí)電容器具有電致變色功能。與傳統(tǒng)的超級(jí)電容器相比，靜電放電不僅具有儲(chǔ)能功能，而且可以根據(jù)其顏色的變化，通過(guò)預(yù)測(cè)、直觀的方式指示儲(chǔ)能狀態(tài)。因此，當(dāng)能量耗盡時(shí)，方便用戶立即采取措施。通過(guò)將電致變色電極材料與其他無(wú)色材料整合在一起，元件具有基本的儲(chǔ)能性能和額外的能級(jí)指示行為。電致變色儲(chǔ)能裝置對(duì)不同的充電和放電水平表現(xiàn)出不同的光吸收，從中可以通過(guò)視覺(jué)彩色監(jiān)視器觀察儲(chǔ)能狀態(tài)。1.2.1基本原理超級(jí)電容器，又稱電化學(xué)電容器，因其高能量密度、快速充放電能力、安全運(yùn)行和足夠的循環(huán)耐久性而成為目前儲(chǔ)能市場(chǎng)的熱門器件。超級(jí)電容器可根據(jù)材料自身儲(chǔ)能特性分為雙電層電容器，贗電容器和混合型超級(jí)電容器[18]。傳統(tǒng)電池儲(chǔ)存電化學(xué)能，伴隨著電池單元的感應(yīng)電流反應(yīng)，陰陽(yáng)極材料發(fā)生化學(xué)互換，會(huì)有相變過(guò)程，而該過(guò)程不可逆，從而導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命不及電容器[19]。電容器的儲(chǔ)能機(jī)理不太一樣，電容器在充放電過(guò)程中，如果極板電荷過(guò)多就會(huì)放電，過(guò)少則開始充電，不發(fā)生化學(xué)變化。贗電容器的能量存儲(chǔ)與釋放遵循著法拉第電荷存儲(chǔ)機(jī)制，即活性物質(zhì)與電解液離子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)[20]。?

生顏色轉(zhuǎn)變，這種變化與贗電容器具有以下相似的特性。首先，電致變色器件和贗電容器都具有由工作電極層、電解質(zhì)層和對(duì)電極層組成的相同夾層結(jié)構(gòu)。其次，它們都存在電極材料與電解液離子發(fā)生可逆電化學(xué)反應(yīng)。唯一的區(qū)別是電致變色器件需要透明集電極的彩色充電性能，而贗電容器則不需要。因此，如果電極材料在氧化態(tài)和還原態(tài)之間顯示出不同的顏色，它就具備了變色與儲(chǔ)能的雙功能特性。在這種情況下，電致變色功能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能能力可以集成到一個(gè)設(shè)備中，該設(shè)備不僅可以用于能量存儲(chǔ)，還可以用作電致變色窗口，一舉兩得，如圖1-3所示[21]。值得注意的是，超級(jí)電容器中儲(chǔ)存的能量水平可以通過(guò)其充放電過(guò)程中顏色的可見(jiàn)變化來(lái)進(jìn)行裸眼視覺(jué)監(jiān)控。圖1-3集能量存儲(chǔ)與電致變色為一體的裝置概念圖首先，超級(jí)電容器在不同的充電情況下能夠顯示出不同的顏色，充電狀態(tài)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的視覺(jué)檢測(cè)進(jìn)行監(jiān)控，具備智能化特性。如果儲(chǔ)能裝置能夠以可預(yù)測(cè)的模式感知能量變化，即可在裝置停工前快速確定能量已經(jīng)耗盡，因此在未來(lái)智能設(shè)備應(yīng)用方面有廣泛的潛在價(jià)值，而且，通過(guò)儲(chǔ)能過(guò)程中發(fā)生的變色特性，還能有效節(jié)約能源。如果采取對(duì)可變色器件進(jìn)行著色來(lái)阻擋陽(yáng)光照射或保護(hù)隱私等特性，可以在其中存儲(chǔ)電荷，當(dāng)不需要有色態(tài)時(shí)，儲(chǔ)存的能量可以通過(guò)外部電路釋放出來(lái)，這也為未來(lái)的節(jié)能儲(chǔ)能設(shè)備的開發(fā)提供新思路。隨著研究的不斷深入，研究者發(fā)現(xiàn)部分電致變色材料同時(shí)也具有贗電容特性，在變色的同時(shí)還能儲(chǔ)能。電致變色材料和贗電容材料的工作機(jī)理都是在離子在材料中進(jìn)行脫嵌，離子在材料中的脫嵌程度直接表現(xiàn)為顏色的不同，所以，憑借裸眼直接觀察即可衡量其能量存儲(chǔ)水平。且兩種器件都有三明治結(jié)構(gòu)，因此，可制備變色與儲(chǔ)能于一體的雙功能器件。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：2920214