隨著人口的日益增加和能源的枯竭,人們迫切渴望研究出許多可再生能源來滿足他們對生活的需求。超級電容器作為一種新型的能量儲存的元器件,憑借自身的優(yōu)異性能,在實際應(yīng)用中具有廣泛的前景。作為超級電容器的種類之一,混合型超級電容器因具有較高的能量密度以及快速充放電等優(yōu)點在超級電容器中脫穎而出,成為目前能源儲存的研究熱點�；旌闲统夒娙萜髦饕呻姵匦驼龢O材料、電容性負(fù)極材料以及電解質(zhì)構(gòu)成。其中,電極材料對超級電容器性能具有較大影響。而電池型電極材料在充放電過程中因體積膨脹而導(dǎo)致的超級電容器穩(wěn)定性降低,使其性能降低。為解決電池型正極材料這一問題,本文主要以具有較高理論比電容的鈷基納米材料為基礎(chǔ),通過對其進(jìn)行各方面改進(jìn)來制備出具有較高電化學(xué)性能的正極材料,從而提高混合型超級電容器的性能。具體的研究內(nèi)容主要有以下三個方面:（1）采用共沉淀法合成生長在泡沫鎳上的具有類普魯士藍(lán)結(jié)構(gòu)的鐵氰酸鎳鈷即Ni2CoHCF/NF,因其多孔,比表面積大的獨特結(jié)構(gòu)有利于堿金屬離子的快速遷移,可作為堿金屬離子的嵌脫型材料。在2 M KOH溶液中對其進(jìn)行一系列電化學(xué)測試。結(jié)果表明,當(dāng)電流密度為0.5 A g-1時,鐵氰酸鎳鈷的... 

【文章來源】：安徽師范大學(xué)安徽省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1.雙電層電容器工作原理[22]

-3-始比能保留。Zhang[34]等使用類似的含硫前體（ASCP）制備活性炭（AC），前驅(qū)體中的FeS2可以與活化劑KOH反應(yīng)生成硫化合物，通過復(fù)雜的KOH活化過程，前體中的某些無機(jī)FeS2可以轉(zhuǎn)化為有機(jī)硫化物，作為所得AC的基本部分，來提高AC的性能。石墨烯是目前研究最多且最有應(yīng)用前景的雙電層電極材料之一。Down[35]等通過Hummers法來合成氧化石墨烯納米片，并將其組裝成超級電容器，該電容器具有優(yōu)異的功率密度，其可高達(dá)13.9kWkg-1，此時能量密度為11.6Whkg-1，這項工作表明，GO本身就是一種高性能的超級電容器材料；Down[36]等首次全面研究了通過化學(xué)氣相沉積法制造的三維獨立式石墨烯大孔材料的電容性能，將其用作潛在的超級電容器材料。這種材料在水溶液中在16.6μAg-1充電時表現(xiàn)出266μF的電容并通過使用離子液體作為電解成分，證明了能量存儲的進(jìn)一步改善。3D石墨烯超級電容器的單位能量密度為40.94Whkg-1，功率密度為29.33kWkg-1。并證明了這種材料的電容受離子遷移率和電解質(zhì)分子質(zhì)量的影響對在石墨烯電極表面上形成EDLC產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響；較高的分子量會使電荷雙層更緩慢地形成，從而導(dǎo)致電容性能稍差。1.3.2贗電容電容器及電極材料圖1-2.贗電容器工作原理[22]Fig.1-2.Theenergystoragemechanismofpseudocapacitor贗電容電容器（Pseudocapacitor，PC）也稱之為法拉第準(zhǔn)電容器，其儲能原理是通過法拉第反應(yīng)來實現(xiàn)。也就是先對電極表面的活性材料施加電壓，使其可以發(fā)生快速且可逆的氧化還原反應(yīng)，并通過該氧化還原反應(yīng)來儲存電荷[37,38]。贗電容電容器的儲能原理如圖1-2所示，當(dāng)該電容器充電的時候，電解液中的部分離子會移動并在電極表面形成雙電層，與此同時，另外一部分的離子會進(jìn)入活性材料的內(nèi)部并發(fā)

-7-不對稱超級電容器的正負(fù)極材料一般是由兩種儲能機(jī)理不同的電極材料構(gòu)成的，通常是由雙電層電極材料和贗電容電極材料共同組成。例如V2O5//AC[77]，rGO@Mn3O4//rGO@VO2[78]等等。如Guo[79]等使用TiO2納米棒陣列作為支架制備了聚（吲哚6-羧酸）（PICA）/TiO2納米復(fù)合材料，這種納米復(fù)合材料可以可逆地轉(zhuǎn)換（黃色，綠色，棕色），并將PICA/TiO2納米復(fù)合材料作為負(fù)極材料和聚（3,4-乙撐二氧噻吩）作為正極材料構(gòu)建了PICA/TiO2//PEDOTESD不對稱電致變色超級電容器器件（ESD）。此ESD具有強大的循環(huán)穩(wěn)定性和較高的比電容值（9.65mFcm-2），可以將其從淺綠色切換為深藍(lán)色，并且還可以通過相應(yīng)的顏色變化來監(jiān)視能量存儲水平。這種構(gòu)造的ESD將在智能儲能和其他智能電子領(lǐng)域中具有巨大的潛在應(yīng)用。1.4.3混合型超級電容器圖1-3.混合型電容器的工作原理[22]Fig.1-3.Theenergystrangmechanismofhybridsupercapacitor混合型超級電容器是不對稱型超級電容器的特定類別，其描述了兩個電極具有兩種不同的電荷存儲機(jī)制的情況：一種電容性電池和一種電池型法拉第電池的。近期也有許多關(guān)于混合型超級電容器的研究，由法拉第電極和碳電極組成的器件代表了混合電容器器件的典型類型。例如，CNT@Ni@Ni2(CO3)(OH)2//AC[80]，NiS2/MoS2//AC[81]，Mn1Ni3O4//graphene-CNT[82]等等。Tyagi[83]等構(gòu)建了Ni0.80V0.20LDH//AC的混合型超級電容器，該器件在1Ag-1的電流密度下顯示最大比電容為98Fg-1，并且當(dāng)功率密度為0.78kWkg-1時，能量密度為30.6Whkg-1；在功率密度為11.1kWkg-1時，能量密度保持為24Whkg-1；Mirghni[84]等通過水熱法合成了磷酸鎳鈷/石墨烯泡沫塑料（NiCo(PO4)3/GF）復(fù)合材料，并用制造的混合超級電容器器件

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]用于高性能非對稱超級電容器電極的泡沫鎳負(fù)載分層介孔Co3O4@ZnCo2O4混合納米線陣列（英文）[J]. 李蒙剛,楊微微,黃雅榮,于永生.  Science China Materials. 2018(09)



本文編號：3237316