目前,超級電容器作為一種新型清潔能源存儲設(shè)備,因使用該設(shè)備可以有效緩解能源危機,所以制備高效儲能的超級電容器成為研究人員的目標(biāo)。在日常應(yīng)用中,超級電容器已經(jīng)在眾多領(lǐng)域中均實施應(yīng)用。而電極材料是決定電容器性能的重要因素,所以制備電極材料對于超級電容器的發(fā)展是十分有意義的。電極材料的中的一種過渡金屬氧化物由于其物種廣泛、資源豐富、成本低廉等優(yōu)勢引起許多實驗室爭相研究。但是,大多數(shù)過渡金屬氧化物在充電/放電過程中會產(chǎn)生體積膨脹或收縮現(xiàn)象,從而導(dǎo)致使用壽命下降。因此,設(shè)計和制備具有高活性、大比表面積或多組分的復(fù)合電極材料是高性能超級電容器的基本前提。氧化鎳（NiO）,在眾多金屬氧化物中脫穎而出,其原因為其具有高的理論容量,儲量豐富,實惠環(huán)保等一系列過人之處,在新能源儲能系統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。本文以NiO納米電極材料為研究對象,研究合成NiO及其復(fù)合物的合成條件與產(chǎn)物形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。主要內(nèi)容如下:通過簡單的水熱途徑制備NiO納米立方體。合成后的產(chǎn)品由于其獨特的結(jié)構(gòu),所得產(chǎn)物作為電極材料顯示出優(yōu)于以前材料的電化學(xué)性能。具體表現(xiàn)為在1 mA cm-2的電流密度下可以實現(xiàn)1012... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

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【學(xué)位級別】：碩士

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圖1.1雙電層電容器的儲能機理簡圖

第1章緒論3圖1.1雙電層電容器的儲能機理簡圖Figure1.1Diagramofenergystoragemechanismofelectricdoublelayercapacitor（2）贗電容器的儲能原理贗電容器的能量儲存原理與雙電層電容器的原理不同。模擬電容器的能量儲存和釋放所遵循法拉第定律機制在圖1.2中示出。當(dāng)對其充電時，電極和電解質(zhì)會被迅速發(fā)生氧化還原反應(yīng)和電極表面附近的電雙層的形成，用兩種方法積蓄電荷。基于氧化還原反應(yīng)機制，贗電容和電池的操作多少有些相似。因為贗電容器件的有兩種儲能方式，所以其電容遠(yuǎn)大于雙電層，但因為法拉第過程反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)，它的速率較慢，所以其功率密度低于雙電層電容器。由于電極材料的表面吸附能力，結(jié)構(gòu)形貌，孔徑尺寸對贗電容都是重要因素。所以目前研究者們把研究內(nèi)容主要放在對贗電容電極材料合理的設(shè)計，優(yōu)化其氧化還原位點，在確保其的功率密度的同時，也將它的能量密度提升。到目前為止，贗電容主要的活性材料包括過渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。但與雙電層電容器進行比較，贗電容器缺點是其性能十分依賴材料的活性位點的數(shù)量，這嚴(yán)重阻礙其商業(yè)應(yīng)用[5]。PositiveelectrodeNegativeelectrodeElectrolyteElectrolyteSeparatore-M+nM+n+1+-圖1.2贗電容器儲能機理圖Figure1.2Faradayquasi-capacitorenergystoragemechanismdiagram

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文4（3）混合型電容器儲存機理為了使超級電容器具有高電容，高功率密度等特點，研究人員將雙電層電容器和贗電容器的特點組合在一起形成混合型電容器。其儲能機理如圖1.3所示，正極材料通常是贗電容材料（金屬氧化物），負(fù)極則是由雙電層電極材料（活性炭）構(gòu)成，這種耦合而成的電容器使以上兩種電容器的缺點黯然失色。該組合的電容器即擁有高比電容，高工作電壓又可以發(fā)揮高功率密度等優(yōu)勢。然而，混合型電容器的整體電化學(xué)性能仍取決于電極材料和電解質(zhì)并且兩種材料的電極組裝而成的器件性能好于單一材料。混合型超級電容器也有其局限性，例如其能量密度還不足以代替鋰離子電池等儲能設(shè)備，在交流電路無法使用，僅能運用在直流電路等。ElectrodeElectrodeElectrolyteElectrolyteSeparatore-+++++++-------圖1.3混合型超級電容器儲能機理圖Figure1.3Energystoragemechanismdiagramofhybridsupercapacitor1.2.3超級電容器的特點作為儲能器件，超級電容器在這個領(lǐng)域也可以與電池分庭抗禮，與傳統(tǒng)電容器相比其儲能原理很像，但它具有相對更高的能量密度，其適用范圍更廣。超級電容器之所以具有研究價值和商業(yè)價值主要是由于其具有如下幾個重要的優(yōu)勢：（1）功率密度高。超級電容器之所以廣受好評，是因為它具有其他儲能器件沒有的優(yōu)點。如圖1.4所示，可以知道受到電荷儲能的方式不同，超級電容器擁有電活性材料陰陽離子間化學(xué)性質(zhì)的變化又有雙電層的存在，而電池僅是單純的氧化還原，傳統(tǒng)電容器則屬于沒有發(fā)生法拉第反應(yīng)的儲能器材，所以超級電容器功率密度遠(yuǎn)高于普通電池等，其功率密度是其數(shù)倍[6]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]綠色電化學(xué)儲能器件超級電容器的實驗設(shè)計與實踐[J]. 吝彥楠,于鋒,尹智敏,楊金鳳.  化學(xué)教育(中英文). 2020(03)
[2]超級電容器的原理及應(yīng)用[J]. 李夢格,李杰.  科技風(fēng). 2019(13)
[3]NiO納米棒的制備及其室溫下NOx氣敏性研究[J]. 楊穎,劉文燚,張承鑫,張帥,孫悅.  電子元件與材料. 2017(11)



本文編號：2969091