為了滿足未來對化學能源的需求,關于電化學儲能器件的研究目前已經(jīng)成為一個重要的課題,電極材料的選擇則是電化學儲能器件研究中的重點,對于兼具高能量密度和高功率密度的電極材料的需求日益增長。贗電容是指一種在材料表面或近表面發(fā)生氧化還原反應的法拉第過程,它可以在高充放電速率下提供高能量密度,近來發(fā)現(xiàn),正交晶系（T-）的五氧化二鈮（Nb2O5）是一種新型的插層贗電容材料,即使在高的充放電速率下,仍然可以提供接近于電池級的高比容量;然而,Nb2O5作為一種過渡金屬氧化物,其本身的低導電率會限制它的高倍率性能。因此,我們嘗試從兩個角度來解決這個問題。首先,構造多孔炭與Nb2O5的復合材料,利用兩者之間的協(xié)同作用,提高比容量并促進電子傳遞速率;其次,對Nb2O5納米晶的表面化學和晶體結構進行改性,從而實現(xiàn)倍率性能的提升。以上方法的提出對于獲得高能量-高功率密度的超級電容器,闡明儲能機理具有重要的意義,本文主要結論如下:（1）基于T-Nb2O5@C空心核殼納米結構電極的高速率不對稱電容器。由于T-Nb2O5獨特的正交型晶體結構,其表現(xiàn)出不受擴散控制的贗電容行為。然而,當被制備成相對較厚的電極時,它的低電... 

【文章來源】：華東理工大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２不同類型的超級電容器示意圖：（ａ）?ＥＤＬＣ；?（ｂ）贗電容器??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ?ｔｙｐｅｓ：?（ａ）?ＥＤＬＣ?ｔｙｐｅ；?（ｂ）?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ?ｔｙｐｅ??

／??／?／?－Ｔａｊ?＾?ｆ?糧?／?ｔ??．／?／?｜?／?／?？?／??．／?／?／?ｈ／?，量?１０?ｈ??１０?－?，?，?Ｖ?Ｉ?Ｚ??／１９？，贏，■，??？?／?／?■?／?／??？?＊?＊?？?■??／?／?／?Ｐｂ〇２ｒ?／?／??！?Ｌｌ?ｋＬ?ｉＪＵＬｉ＾ＬＪ?ｌＬＭ?．…？？ｉ，＇?？？??１０－２?１０－１?１?１０?１０２?１０３??Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｅｎｅｒｇｙ?（Ｗｈ?ｋｇ－１?＞??圖１．３各種儲能設備的Ｒａｇｏｎｅ圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｒａｇｏｎｅ?ｐｌｏｔ，?ｆｏｒ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｄｅｖｉｃｅｓ??表１．１傳統(tǒng)電容器、鋰電池及超級電容器一些重要特征的對比??Ｔａｂｌｅ?１．１?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｓｏｍｅ?ｉｍｐｏｒｔａｎｔ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ??ｂａｔｔｅｒｉｅｓ?ａｎｄ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ??Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ?Ｌｉｔｈｉｕｍ?Ｉｏｎ?Ｂａｔｔｅｒｙ?Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ??Ｃｈａｒｇｅ?ｔｉｍｅ?（ｓ）?＜１０＂３?＞３６００?１－３０??Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｔｉｍｅ?（ｓ）?＜１０＂３?＞３６００?１－３０??Ｃｙｃｌｅ?ｌｉｆｅ?？１０６?？１５００?＞１０６??Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?Ｅｎｅｒｇｙ?（Ｗｈ?ｋｇ＂１）?＜０．１?？１００－１５０?１－１０?

華東理工大學博士學位論文?第５頁??１．２贗電容儲能機理??根據(jù)Ｃｏｎｗａｙ的研究發(fā)現(xiàn)，贗電容材料所產(chǎn)生的法拉第過程主要來源于以下三種機??理［１１：⑴欠電位沉積贗電容；（ｉｉ）氧化還原反應贗電容ｄｉｉｉ）插層型贗電容（圖１．４）。??當金屬離子在另一種氧化還原電勢遠高于它的金屬表面形成吸收單層時，發(fā)生欠電位沉??積反應。氧化還原反應贗電容是一種表面電荷存儲過程，離子在電極表面或近表面上進??行電化學吸附并在氧化還原活性位點產(chǎn)生連續(xù)的電子轉移。金屬氧化物、金屬硫化物、??金屬氮化物、金屬氫氧化物以及導電聚合物都是典型的贗電容材料。插層贗電容是電活??性粒子插層進入電極材料的層間而不產(chǎn)生晶相變化的過程。研究最多的嵌入型電極材料??包括Ｖ２〇５和Ｎｂ２〇５等。在贗電容材料的設計中，氧化還原型和插層型贗電容材料是最??常被使用的。值得注意的是，這兩種材料所產(chǎn)生的法拉第過程都具有較快的充放電速率??且離子不受擴散過程控制。這是與電池最明顯的區(qū)別，電池是受固態(tài)擴散限制的，因此??它的倍率性能較差。為了更好的理解電極材料的動力學行為，在電化學過程中區(qū)分贗電??容材料的電容性貢獻和擴散貢獻是很重要的。在下一節(jié)中，我們將討論贗電容的一些電??化學特性。??（ａ）?匕於?（ｂ）?（ｃ）??Ａｕ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?Ｎｂ２°？?。??■?ｌ?Ｉ．．?．??圖１．４導致贗電容產(chǎn)生的不同類型的可逆的氧化還原機理：（ａ）欠電位沉積；（ｂ）氧化還原反應??贗電容及（ｃ）插層型贗電容??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ?ｒｅｄｏｘ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｔｈａｔ?ｇｉｖｅ?ｒｉｓｅ


本文編號：2936227