能源和環(huán)境問題促使研究者們不斷研究和開發(fā)可用于高性能儲能平臺的新型材料。在眾多的儲能平臺中,超級電容器由于具有功率密度高和循環(huán)壽命優(yōu)異,環(huán)境友好,安全高效等優(yōu)勢,受到越來越多的關注�？蓱糜诔夒娙萜鞯碾姌O材料中,過渡金屬化合物因其獨特的優(yōu)勢逐漸成為研究重點,其作為電活性物質(zhì)時在表面和近表面發(fā)生的快速氧還反應能夠產(chǎn)生法拉第電容,使得法拉第電容器的能量存儲性能遠高于雙電層電容器,這一特性優(yōu)勢介于電池和傳統(tǒng)電容器之間,如何進一步提高能量密度和循環(huán)壽命是接下來的研究重點。與單元過渡金屬硫化物相比,二元過渡金屬硫化物作為超級電容器電極材料時具有更好的電化學性能,這可歸因于兩相之間的協(xié)同作用,種類豐富的氧化還原反應以及多樣化的納米結(jié)構。在三維導電基底上直接生長電活性材料能夠有效降低電化學反應過程中的電極“無效區(qū)”,提高材料的利用率,從而提高器件的能量密度,借助三維導電基底的網(wǎng)狀結(jié)構來設計具有獨特微結(jié)構的電極材料,也能夠改善材料的穩(wěn)定性能。本論文從選擇各具優(yōu)勢的材料類型和設計獨特的納米復合結(jié)構出發(fā),設計制備了兩種性能優(yōu)異的新型鎳銅基超級電容器復合電極材料,主要的研究工作集中在以下幾個方面:1.通過... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

谷歌學術2000年以來在超級電容器方面的研究工作數(shù)量[5]

第1章緒論3的過程使得其具有遠高于電池的循環(huán)壽命。依據(jù)儲能原理的不同，超級電容器可以分為雙電層電容器，法拉第（贗）電容器，以及二者相結(jié)合的混合超級電容器，如圖1.2。圖1.2超級電容器的分類[18]Fig.1.2Classificationofsupercapacitors1.3.1雙電層電容器雙電層電容器（EDLC）依靠電極材料表面吸附電解質(zhì)離子產(chǎn)生的雙電層電容來存儲能量，當電解液中極板帶電時，電解液中的平衡反電荷將集中形成在帶電表面附近，主要發(fā)生陰陽離子吸脫附過程，沒有氧化還原反應的參與，這造成了雙電層電容器優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，同時，這種發(fā)生在電極材料與電解質(zhì)界面的儲能行為不受離子擴散速率的限制，電荷轉(zhuǎn)移反應電阻可以忽略，使雙電層電容器對電流和電壓的變化響應極快，因此能夠提供很高的功率密度[19]。如圖1.3a為雙電層電容器儲能機理示意圖，充電時，電子經(jīng)過外部電路由超級電容器正電極流向負電極，造成電解質(zhì)內(nèi)部陽離子在負極聚集，陰離子為了補償電荷平衡聚集在正極，形成雙電層。放電期間電子從負極經(jīng)由外部電路回到正極，兩種離子再次混合直到放電終止。由于電荷僅僅存在于電極材料的表面，而不像電池材料發(fā)生離子嵌入脫出的氧化還

吉林大學碩士學位論文4原反應，雙電層電容器能量密度遠低于電池和法拉第電容器。1.3.2法拉第（贗）電容器法拉第電容器也叫做贗電容器，儲能過程發(fā)生在活性材料的（近）表層區(qū)域，發(fā)生欠電位沉積或電活性物質(zhì)進行化學吸脫附或氧化還原過程[21]，這些過程是快速且高度可逆的，此反應機理與電池材料類似，其循環(huán)伏安特性與雙電層類似，所制備的電極材料的微觀結(jié)構對這類超級電容器的儲能效率有很大影響。法拉第電容器的功率密度和循環(huán)性能對比雙電層電容器較差，但是能量密度較高。法拉第電容器通過可逆的氧化還原過程來存儲能量時，電極材料中的金屬陽離子在氧化還原過程中嵌入和脫出，使電子得失發(fā)生變化。法拉第電容器的能量密度更高，通常為雙電層的10-100倍，但功率密度性能稍差于雙電層電容器[22]，Ni(OH)2是典型的法拉第電容電極材料，圖1.3b為贗電容器氧化還原過程儲能機理示意圖。圖1.3（a）雙電層電容器；（b）法拉第電容器的儲能機理示意圖[20]Fig.1.3Schematicdiagramofenergystoragemechanismof(a)electricdoublelayercapacitorand(b)faradaycapacitor1.3.3混合超級電容器按照儲能機制的不同，在器件中同時存在雙電層電容和法拉第電容兩種儲能機制的被叫做混合型超級電容器（HSC）。無論是雙電層或是法拉第（贗）電容器，均具有功率密度高，循環(huán)壽命長的優(yōu)勢。電池和電容器通常都具有正負極材料，隔膜，

【參考文獻】：
期刊論文
[1]聚合物電解質(zhì)在超級電容器中的研究進展[J]. 尋之玉,侯璞,劉旸,倪守朋,霍鵬飛.  材料工程. 2019(11)



本文編號：3118836