當(dāng)前,我們地球面臨巨大的能源挑戰(zhàn),化石燃料及不可再生能源的日益枯竭日益加劇,如何減少二氧化碳的排放,如何將可持續(xù)能源接入到混合能源體系中,是當(dāng)前能源領(lǐng)域亟待解決的問題。新能源的開發(fā)、能源的存儲(chǔ)和高效利用被認(rèn)為是解決以上問題的關(guān)鍵。在眾多的新能源儲(chǔ)能設(shè)備中,超級(jí)電容器因具有比鋰電池/燃料電池高的功率密度和長的循環(huán)壽命,且具有比傳統(tǒng)電容器高的能量存儲(chǔ)能力,受到研究者的廣泛關(guān)注。本論文分析制約超級(jí)電容器性能的因素,從而設(shè)計(jì)和制備了磷化鎳及其納米復(fù)合材料作為超級(jí)電容器正極材料,再匹配合適的碳基負(fù)極材料和電解液,來構(gòu)筑新型不對(duì)稱超級(jí)電容器,以此提高超級(jí)電容器的能量密度和循環(huán)壽命等問題。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1、首先采用一步水熱法制備交織堆積的Ni（OH）_2·0.75H₂O納米片,進(jìn)而低溫磷化處理得到了3D自支撐Ni₅P₄納米花球。Ni₅P₄納米花球的交織納米片層可以促進(jìn)電解質(zhì)和電子快速轉(zhuǎn)移,形成的3D自支撐的納米花球可以保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而有助于容量保持。歸因于其獨(dú)... 

【文章來源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖.1-3雙電層電容器結(jié)構(gòu)

第一章緒論11一種存儲(chǔ)機(jī)制成為比電容的主要貢獻(xiàn)者，而另一種則貢獻(xiàn)很校Fig.1-4.Schematicdiagramofpseudocapacitor圖.1-4贗電容器結(jié)構(gòu)贗電容電容器的比電容是普通EDLC的10-100倍[50]，但其差的電導(dǎo)率導(dǎo)致低循環(huán)穩(wěn)定性和低功率密度。在電池中，除了插層和脫插層過程外，可逆氧化還原反應(yīng)的法拉第電荷移位也導(dǎo)致了贗電容的存在[51]。贗電容器包括粘在電極上的金屬集流體，這些金屬集流體放置在帶有隔膜的電解液中[52]。在贗電容器中，電極電勢(shì)與電活性物質(zhì)（電吸附的）的電荷存儲(chǔ)相結(jié)合，得到吸附程度的連續(xù)對(duì)數(shù)函數(shù)[53,54]。因此，贗電容器電極顯示出存儲(chǔ)電荷與電荷電勢(shì)的線性相關(guān)性。這種線性相關(guān)性導(dǎo)致了基于電子轉(zhuǎn)移的電荷存儲(chǔ)機(jī)制，而不是EDLC中離子的電荷積累[55]。沒有雙層電容，贗電容就不存在[56]。具有贗電容行為的過渡金屬氧化物得到了廣泛地探索，以增加長循環(huán)性能等電容器性能評(píng)估參數(shù)。由于過渡金屬氧化物會(huì)經(jīng)歷快速且可逆的氧化還原反應(yīng)，因此特別需要對(duì)其循環(huán)性能進(jìn)行優(yōu)化。在過渡金屬氧化物中最早探索的材料是RuO2，由于其典型的電容特性，理論上能夠產(chǎn)生1300Fg-1的贗電容。但根據(jù)最近的報(bào)道，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了720Fg-1的比電容[57]。高電容產(chǎn)量的原因是其高的電化學(xué)可逆性和良好的循環(huán)能力。在RuO2中，由于電化學(xué)質(zhì)子化反應(yīng)[58]，電荷在電解質(zhì)水溶液中發(fā)生以下存儲(chǔ)：

第一章緒論13這種組合具有更高的工作電勢(shì)，并產(chǎn)生更高的電容，是傳統(tǒng)電容器以及EDLC和贗電容器的兩倍至三倍�；旌铣�(jí)電容器的存儲(chǔ)原理由EDLC和贗電容器的存儲(chǔ)原理共同決定。EDLC的限制特性不存在于贗電容器中，反之亦然，它們的組合在一起會(huì)導(dǎo)致合并組件的局限性淡化，從而具有提供更高電容的優(yōu)勢(shì)�；旌铣�(jí)電容器是對(duì)稱的還是非對(duì)稱的，取決于組件的配置。由Li插入電極和碳電極組成的混合超級(jí)電容器的示意圖如圖1-5所示。Fig.1-5Schematicdiagramofahybridsupercapacitor圖.1-5混合超級(jí)電容器原理圖當(dāng)混合超級(jí)電容器由兩個(gè)由不同材料制成的不同電極組成時(shí)，其電化學(xué)行為要優(yōu)于單個(gè)電極材料的超級(jí)電容器�；旌舷到y(tǒng)保持良好循環(huán)穩(wěn)定性，這是贗電容器成功制備的關(guān)鍵因素[65]。與對(duì)稱EDLC相比，混合型超級(jí)電容器除具有類似于較高比能量的較高額定電壓外，還具有更大的比能量。兩個(gè)相似的電極可以組成對(duì)稱的混合超級(jí)電容器，它由相似的EDLC和贗電容組件組成。兩個(gè)不同電極的組裝形成不對(duì)稱混合超級(jí)電容器，使用最廣泛的不對(duì)稱混合超級(jí)電容器是AC和MnO2以及AC-Ni(OH)2[69]。所有可商購的混合超級(jí)電容器都是不對(duì)稱的，而具有導(dǎo)電聚合物電極的超級(jí)電容器尤為重要[70]。在基于導(dǎo)電聚合物的混合系統(tǒng)中，導(dǎo)電聚合物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)以存儲(chǔ)和釋放電荷。在氧化或摻雜過程中，離子轉(zhuǎn)移到聚合物主鏈上，在還原或去摻雜過程中；離子被轉(zhuǎn)移回溶液中。導(dǎo)電聚合物的使用為獲得更高的比電容提供了機(jī)會(huì)。Amatucci的研究小組提出了一種基本的非對(duì)稱混合超級(jí)電容器，該超級(jí)電容器由在有機(jī)電解質(zhì)中與Li4Ti5O12結(jié)合的活性炭的正極（EDLC）和法拉第電極組成

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai.  National Science Review. 2017(03)



本文編號(hào)：3215836