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(guān)注�？蓱�(yīng)用于超級電容器的電極材料中,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(yīng)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(yuǎn)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(jìn)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(xué)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(yīng)以及多樣化的納米結(jié)構(gòu)。在三維導(dǎo)電基底上直接生長電活性材料能夠有效降低電化學(xué)反應(yīng)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(dǎo)電基底的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來設(shè)計具有獨特微結(jié)構(gòu)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(shè)計獨特的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)出發(fā),設(shè)計制備了兩種性能優(yōu)異的新型鎳銅基超級電容器復(fù)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(xué)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(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

谷歌學(xué)術(shù)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(yuǎn)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(dāng)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(yīng)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(kuò)散速率的限制，電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)電阻可以忽略，使雙電層電容器對電流和電壓的變化響應(yīng)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(jī)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(fù)電極，造成電解質(zhì)內(nèi)部陽離子在負(fù)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(fù)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(xué)碩士學(xué)位論文4原反應(yīng)，雙電層電容器能量密度遠(yuǎn)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(jìn)行化學(xué)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(yīng)機(jī)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(gòu)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(fù)極材料，隔膜，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]聚合物電解質(zhì)在超級電容器中的研究進(jìn)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