超級(jí)電容器是一種新型的綠色大容量?jī)?chǔ)能設(shè)備,其性能優(yōu)于電池等傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式,具有比容量高,充放電速度快,對(duì)環(huán)境無污染,使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。因此,超級(jí)電容器具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。超級(jí)電容器的性能主要取決于電極材料要求。近些年來,金屬氧化物在超級(jí)電容器方面的應(yīng)用已經(jīng)成為了研究的熱點(diǎn)。因此,本文選用五氧化二釩（V₂O₅）和碳納米纖維（CNFs）、碳微球（CMSs）復(fù)合電極材料的制備及其電化學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。本文的主要內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面:（1）碳微球,碳納米纖維的合成及表征原料為單一的聚丙烯腈用靜電紡絲法控制合成條件制備碳微球,納米碳纖維,并通過掃描電鏡（SEM）、X-射線能譜（XRD）對(duì)電極材料的結(jié)構(gòu)及微觀形貌進(jìn)行了表征和分析,結(jié)果表明成功合成實(shí)心納米碳球,納米碳纖維。（2）V₂O₅/CNFs復(fù)合電極材料的制備及表征采用靜電紡絲法控制V₂O₅添加比例制備V₂O₅/CNFs用作超級(jí)電容器電極材料。采用掃描電鏡、透射電鏡（T... 

【文章來源】：遼寧科技大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

（a）雙電層超級(jí)電容器和（b）贗電容超級(jí)電容器的儲(chǔ)能機(jī)理示意圖

大電壓，電場(chǎng)力隨之變大，在針頭尖端的小液滴受電場(chǎng)力作用，導(dǎo)電聚合物小液滴半球型表面被靜電力拉扯呈現(xiàn)圓錐形，此時(shí)的小圓錐我們稱為Taylor錐[119]。繼續(xù)加大電壓，電場(chǎng)力隨之變大，當(dāng)電場(chǎng)力大小超過臨界值時(shí)，電場(chǎng)力克服導(dǎo)電聚合物小液滴的液體表面張力，在表面出現(xiàn)一股射流，射流由帶有正電的針頭尖端射出，此時(shí)射流帶正電穿過靜電場(chǎng)，到達(dá)連接負(fù)高壓的接收裝置。射流穿過靜電場(chǎng)時(shí)，受到電場(chǎng)力作用會(huì)有一個(gè)加速過程，在加速過程中射流會(huì)在電場(chǎng)中拉伸，形成納米纖維，在接收裝置上呈現(xiàn)一種大片的布狀的納米纖維[120]。圖1.2靜電紡絲原理示意圖Fig.1.2Schematicdiagramofelectrospinning1.4.3靜電紡絲應(yīng)用國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)多種納米纖維合成方法，先后出現(xiàn)有模板聚合法、熔噴法、裂膜纖維法、裂膜熔噴、靜電紡絲法等。模板聚合法是最先出現(xiàn)的納米纖維復(fù)合方法，以纖維狀物質(zhì)為原料模板，在原料表面發(fā)生生長(zhǎng)或其它反應(yīng)，形成納米纖維，但反應(yīng)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)難控制。熔噴法主要借助高速熱氣使熔體迅速拉伸，形成納米纖維，這種方法工藝原理簡(jiǎn)單但對(duì)設(shè)備加工裝配精度要求高。裂膜纖維法是利用高聚物薄膜單向拉伸形成納米纖維，幾家美國(guó)公司應(yīng)用這一方法投入生產(chǎn)，如金百利公司的裂膜熔噴纖維[121-123]和Fiberweb公司制備的紡粘中空纖維[94]。靜電紡絲法出現(xiàn)后，大眾聚焦這一新技術(shù)。靜電紡絲法因?yàn)槠湓砗?jiǎn)單，易操作，原料多樣等優(yōu)點(diǎn)逐漸被各個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)重視。靜電紡絲法制備的納米纖維具有結(jié)構(gòu)均勻，直徑可控且范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)纖維纖度達(dá)到0.3旦（直徑5微米）以下稱為超細(xì)纖維，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)微纖效應(yīng)，即纖維在質(zhì)量和性能上出現(xiàn)一個(gè)新的飛躍[110]。納米纖維具有極大的比表面積、體積比，它形成網(wǎng)氈上有很多微孔，應(yīng)用于電極材料上時(shí)電極材料表面會(huì)

2.實(shí)驗(yàn)部分18圖2.1三電極測(cè)試示意圖Fig.2.1Schematicdiagramofthreeelectrodetest（1）循環(huán)伏安測(cè)試循環(huán)伏安測(cè)試主要用于研究電極材料活性，氧化還原電位，電極材料發(fā)生的氧化還原反應(yīng)可逆性等電化學(xué)性能。進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試時(shí)，先選取一個(gè)初始電位與終止電位，初始電位與終止電位的選擇通常為不發(fā)生氧化還原反應(yīng)的電位，隨后按照設(shè)定的掃描速度從初始電位到終止電位，再以同樣的掃速?gòu)慕K止電位回掃到初始電位，得到的電流電壓曲線為循環(huán)伏安曲線。通過對(duì)循環(huán)伏安曲線的分析可以研究材料的電化學(xué)性能，如①循環(huán)伏安曲線通過氧化峰和還原峰的峰電位及峰電位對(duì)稱程度判斷該電化學(xué)反應(yīng)的可逆程度。循環(huán)伏安曲線出現(xiàn)的氧化還原峰對(duì)稱說明氧化還原反應(yīng)是可逆的，其中峰電流之比的絕對(duì)值約為1，|ipc/ipa|≈1(ipc陰極峰電流、ipa陽極峰電流)。峰電位之差約為60mV(25℃)，ΔEp=|Epa-Epc|≈60mV(陰極峰電流Epc與陽極峰電流Epa之差)；若循環(huán)伏安曲線出現(xiàn)的氧化還原峰不對(duì)稱則說明反應(yīng)不可逆[115]。②通過對(duì)曲線進(jìn)行分析與計(jì)算，可以判斷電極材料電容屬性、發(fā)生反應(yīng)的可逆性以及超級(jí)電容器的比容量，公式2.1：VmC△SidVm(2.1)其中Cm為材料比電容，單位Fg-1；V為電壓窗口，單位V；s為掃速，單位Vs-1；m為電極材料質(zhì)量，單位g。③對(duì)比分析電極材料在不同掃速下循環(huán)伏安測(cè)試曲線，不同掃速循環(huán)伏安曲

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Microporous carbon nanofibers prepared by combining electrospinning and phase separation methods for supercapacitor[J]. Chang Liu,Yongtao Tan,Ying Liu,Kuiwen Shen,Bowu Peng,Xiaoqin Niu,Fen Ran.  Journal of Energy Chemistry. 2016(04)
[2]新型二維晶體MXene的研究進(jìn)展[J]. 孫丹丹,胡前庫(kù),李正陽,王李波,周愛國(guó),吳慶華.  人工晶體學(xué)報(bào). 2014(11)
[3]鈦雙極片上網(wǎng)印導(dǎo)電聚合物——碳納米管復(fù)合物及其在水型不對(duì)稱超級(jí)電容器中的電化學(xué)性能（英文）[J]. 周曉航,陳政.  電化學(xué). 2012(06)
[4]Fabrication of Fluorescent Porphyrin/Polystyrene Composite Nanospheres by Electrospinning[J]. SONG Yan1,2, ZHAN Nai-qian1, YU Miao1, YANG Qing-biao1, ZHANG Chao-qun1 and LI Yao-xian1 1. College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130021, P. R. China; 2. School of Chemical and Material Engineering, Jilin Institute of Chemical Techology, Jilin 132022, P. R. China.  Chemical Research in Chinese Universities. 2010(01)
[5]混合型超級(jí)電容器的封裝結(jié)構(gòu)及其溫度場(chǎng)研究[J]. 張莉,宋金巖,鄒積巖.  電子元件與材料. 2005(11)
[6]40V混合型超級(jí)電容器單元的研制[J]. 張莉,鄒積巖,郭瑩,王泉水.  電子學(xué)報(bào). 2004(08)
[7]超級(jí)電容器研究及其應(yīng)用[J]. 朱磊,吳伯榮,陳暉,劉明義,簡(jiǎn)旭宇,李志強(qiáng).  稀有金屬. 2003(03)
[8]新型氧化鎳超電容器電極材料的研究[J]. 王曉峰,孔祥華.  無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2001(05)
[9]新型超大容量電容器電極材料—納米水合MnO2的研究[J]. 閃星,董國(guó)君,景曉燕,張密林.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2001(05)
[10]氧化鎳超電容器的研究[J]. 王曉峰,孔祥華,劉慶國(guó),解晶瑩.  電源技術(shù). 2001(03)

碩士論文
[1]超級(jí)電容器用中孔炭和中孔炭復(fù)合材料的制備及性能研究[D]. 李娜.湘潭大學(xué) 2009
[2]氫氧化鎳和氧化鎳的制備及超級(jí)電容性能研究[D]. 舒暢.哈爾濱工程大學(xué) 2007
[3]超級(jí)電容器炭電極材料的制備和應(yīng)用研究[D]. 程庚金生.同濟(jì)大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3005671