得益于快速的充放電過程、高功率密度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)點,超級電容器作為能源存儲設(shè)備不僅活躍于日常消費電子產(chǎn)品中,而且在新能源汽車、微電網(wǎng)等前沿領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。然而目前所使用的超級電容器大部分存在著比電容低,工作電壓窗口小,能量密度不高等問題�；旌想娙萜魇腔谡龢O法拉第電容材料和負(fù)極雙電層電容材料組裝而成的電容器,通過將兩種儲能性質(zhì)不同的材料組合到一起,可以實現(xiàn)更高的比電容以及更高的能量密度,有望得到高性能的超級電容器。本篇論文的研究主要針對在電化學(xué)性能上有巨大潛力的正極法拉第電容材料進(jìn)行開展,選取了具有高理論比電容的鎳/鈷基電極材料為主要研究對象。通過不同的合成方法,考察一系列三維鎳/鈷基氫氧化物、硫/磷化物以及復(fù)合材料的電化學(xué)活性,分析影響活性的主要原因,并實現(xiàn)超級電容器性能的提升。首先,通過一步溶劑熱法,在不添加堿源的條件下合成了具有三維花狀結(jié)構(gòu)的銀復(fù)合鎳鈷層狀氫氧化物三元電極材料。研究發(fā)現(xiàn),相比于未復(fù)合的鎳鈷層狀氫氧化物,復(fù)合材料在層級結(jié)構(gòu)上更加開闊,提高了材料的比表面積,改善了材料與電解液的接觸。電化學(xué)測試結(jié)果表明復(fù)合材料具有更高的活性,在1 A/g電流密度下展現(xiàn)出... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

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?線／鈷基復(fù)合正極材料的制備及其超級電容器性能研究??電容器儲能過程的基本原理如圖１．２所示。從本質(zhì)上來看，雙電層電容器的儲能主要依??靠電場作用來實現(xiàn)。充電過程中，在外加電場作用下，正負(fù)電極表面分別聚集正負(fù)電荷，??同時電解液中的正負(fù)自由罔子也在電場的驅(qū)使Ｆ分別向負(fù)電極表面和正電極表丨則遷移。??充電完成之后，正負(fù)電極表面均形成雙電層結(jié)構(gòu)，整個電容器相當(dāng)于兩個雙電層電容串??聯(lián)在一起。放電過程則與充電過程相反，隨著外加電場強(qiáng)度的減弱直至消失，正負(fù)電極??之間的電勢差降低，吸附于極板表面的正負(fù)離子重新進(jìn)入電解液中，同時完成正負(fù)電荷??的釋放。根據(jù)雙電層電容器儲能原理，雙電層電容器實際上相當(dāng)于兩個串聯(lián)的電容器，??因此將正負(fù)極的電容記為ＣＶ、可以得出雙電層電容器的總電容Ｃｒｗ／的計算公式如??Ｔ：?ｌ／ＣＴｂｒｎ＾ｌ／ＣＶ＋ｌ／Ｃ。若對象為對稱的雙電層電容器，則ｃ＋?＝?ｃ．，即電容器總電容??為單個電極電容的１／２［２（）］。??１充電丨?丨充電完畢丨?丨放電；???——????＿＿＿睡５?＿??離ｒ？的畈附?離ｒ？的脫附??圖１．２雙電層電容器充放電原理示意圖??Ｆｉｇ．?１．２?Ｗｏｒｋ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｏｒ??整個雙電層儲能過程不涉及任何化學(xué)反應(yīng)過程，主要就是電荷在電場作用＿Ｆ的吸附??脫附過程

Ｆｉｇ．?１．４?Ｗｏｒｋ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｆａｒａｄｉｃ?ｃａｐａｃｉｔｏｒ??無論是哪類法拉第電容器，其儲能原理都是基于氧化還原反應(yīng)過程，具體的儲能原??理如圖１．４所示（以堿性電解液環(huán)境為例）。在充放電過程中，負(fù)載在集流體表面的活性??材料與電解液接觸并發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)，由此釋放或者得到電子，從而實現(xiàn)存儲??電荷獲得相應(yīng)的比電容。與雙電層電容器相比，法拉第電容器的氧化還原反應(yīng)在電極的??表面以及內(nèi)部都可發(fā)生，因而具有更高的比電容。此外，對于電池型法拉第電容器來說，??其氧化還原反應(yīng)發(fā)生的位點可能需要深入到電極材料內(nèi)部，因此離子的擴(kuò)散速度以及電??化學(xué)反應(yīng)速率對性能存在較大制約，雖然其具有的比電容遠(yuǎn)高于雙電層電容器，但是相??應(yīng)的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性較差。如何提高電池型法拉第電容材料的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性是亟待解??決的關(guān)鍵問題，是本篇中主要研究內(nèi)容之一。??１．１．１．３混合電容器??對于雙電層電容器而言，雖然其具有較大的工作電壓窗口，然而碳材料本身有限的??比電容限制了器件的容量

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本文編號：3226384