鉬基金屬氧化物的合成及其在高能量密度超級電容器中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2021-06-22 12:04
超級電容器（supercapacitor）又稱電化學(xué)電容器（electrochemical capacitor）,是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間的新型儲能裝置,具有功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬、免維護(hù)以及與環(huán)境友好等特點(diǎn),可應(yīng)用于智能電網(wǎng)、電動(dòng)公交車、消費(fèi)電子產(chǎn)品、智能可穿戴器件等領(lǐng)域。然而,與可充電電池相比,其較低的能量密度限制了其作為獨(dú)立電源得到更廣泛的應(yīng)用。為了提高超級電容器的能量密度,基于贗電容存儲機(jī)理的過渡金屬氧化物的研究是近年來超級電容器電極材料的研究熱點(diǎn)。其中鉬基金屬氧化物（如氧化鉬和鉬酸鎳）由于具有高的理論比容量、高的電化學(xué)活性、豐富的儲量、低廉的成本和與環(huán)境友好等特點(diǎn),成為贗電容電極材料的優(yōu)秀候選。特別是具有二維層狀結(jié)構(gòu)的正交相三氧化鉬（α-MoO3）,作為一種新穎的插入式贗電容材料,其電荷存儲不僅限于表面的法拉第氧化還原反應(yīng),電解質(zhì)陽離子還可以在層狀晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部快速的嵌入/脫出,其電荷存儲行為介于傳統(tǒng)贗電容行為和電池行為之間,有望為器件提供更高的能量密度。本文以鉬基金屬氧化物為研究對象,探討了提高其電導(dǎo)率、比電容、充放電...
【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：166 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
不同能源存儲機(jī)理之間的關(guān)系示意圖[1]
華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文3我們都知道，可逆電池主要是由于電極材料與電解液離子發(fā)生徹底的氧化還原反應(yīng)，電解液離子深入電極材料內(nèi)部，進(jìn)行重復(fù)的嵌入/脫嵌反應(yīng)，如圖1-2（a）所示，所以它具有很高的比容量和能量密度，與此同時(shí)，較低的功率密度是限制其發(fā)展的一大挑戰(zhàn)，因此，針對可逆電池，如何提高其功率密度是研究的一個(gè)重點(diǎn)。圖1-2不同儲能機(jī)理示意圖：（a）可逆電池，（b）超級電容器，（c）插入式贗電容器[1]。Fig.1.2Schematicofdifferentchargestoragemechanisms:(a)rechargeablebattery,(b)supercapacitor,and(c)intercalationpseudocapacitance[1].超級電容器的反應(yīng)機(jī)理與可逆電池不同，雙電層電容器的工作原理，如圖1-2（b）的右圖所示，整個(gè)過程中不發(fā)生氧化還原反應(yīng)，只發(fā)生電荷的靜電吸附/脫附的物理過程，并分別在正負(fù)兩電極與電解液之間形成兩個(gè)界面層，且兩者具有符號相反數(shù)量相同的電荷量。這是一種靜電型能量存儲方式，故而具有超高的倍率性能、功率密度和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。另外，贗電容器的儲能機(jī)制如圖1-2（b）左圖所示，充電時(shí)正負(fù)兩極材料與電解液離子會在兩者的接觸界面發(fā)生表面的氧化還原反應(yīng)，該反應(yīng)是高度可逆的，并且它的電壓與電極上得到或釋放的電荷幾乎成線性關(guān)系，故而稱之為
華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文5圖1-3對稱型超級電容器結(jié)構(gòu)示意圖：（a）雙電層電容器，（b）贗電容器[2]。Fig.1.3Schematicofsymmetricsupercapacitor:(a)EDLC,and(b)pesudosupercapacitor[2].圖1-4非對稱超級電容器結(jié)構(gòu)示意圖：（a）兩電極一為EDLC材料，一為贗電容材料，（b）兩電極為不同的贗電容材料[2]。Fig.1.4Schematicofasymmetricsupercapacitor:(a)apseudocapacitivenegativeelectrodewithanEDLCpositiveelectrode,(b)pseudocapacitiveasbothelectrods[2].
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Pseudocapacitive materials for electrochemical capacitors:from rational synthesis to capacitance optimization[J]. Jie Wang,Shengyang Dong,Bing Ding,Ya Wang,Xiaodong Hao,Hui Dou,Yongyao Xia,Xiaogang Zhang. National Science Review. 2017(01)
[2]超級電容器的應(yīng)用[J]. 陳雪丹,陳碩翼,喬志軍,傅冠生,阮殿波. 儲能科學(xué)與技術(shù). 2016(06)
本文編號：3242802
【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：166 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
不同能源存儲機(jī)理之間的關(guān)系示意圖[1]
華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文3我們都知道，可逆電池主要是由于電極材料與電解液離子發(fā)生徹底的氧化還原反應(yīng)，電解液離子深入電極材料內(nèi)部，進(jìn)行重復(fù)的嵌入/脫嵌反應(yīng)，如圖1-2（a）所示，所以它具有很高的比容量和能量密度，與此同時(shí)，較低的功率密度是限制其發(fā)展的一大挑戰(zhàn)，因此，針對可逆電池，如何提高其功率密度是研究的一個(gè)重點(diǎn)。圖1-2不同儲能機(jī)理示意圖：（a）可逆電池，（b）超級電容器，（c）插入式贗電容器[1]。Fig.1.2Schematicofdifferentchargestoragemechanisms:(a)rechargeablebattery,(b)supercapacitor,and(c)intercalationpseudocapacitance[1].超級電容器的反應(yīng)機(jī)理與可逆電池不同，雙電層電容器的工作原理，如圖1-2（b）的右圖所示，整個(gè)過程中不發(fā)生氧化還原反應(yīng)，只發(fā)生電荷的靜電吸附/脫附的物理過程，并分別在正負(fù)兩電極與電解液之間形成兩個(gè)界面層，且兩者具有符號相反數(shù)量相同的電荷量。這是一種靜電型能量存儲方式，故而具有超高的倍率性能、功率密度和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。另外，贗電容器的儲能機(jī)制如圖1-2（b）左圖所示，充電時(shí)正負(fù)兩極材料與電解液離子會在兩者的接觸界面發(fā)生表面的氧化還原反應(yīng)，該反應(yīng)是高度可逆的，并且它的電壓與電極上得到或釋放的電荷幾乎成線性關(guān)系，故而稱之為
華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文5圖1-3對稱型超級電容器結(jié)構(gòu)示意圖：（a）雙電層電容器，（b）贗電容器[2]。Fig.1.3Schematicofsymmetricsupercapacitor:(a)EDLC,and(b)pesudosupercapacitor[2].圖1-4非對稱超級電容器結(jié)構(gòu)示意圖：（a）兩電極一為EDLC材料，一為贗電容材料，（b）兩電極為不同的贗電容材料[2]。Fig.1.4Schematicofasymmetricsupercapacitor:(a)apseudocapacitivenegativeelectrodewithanEDLCpositiveelectrode,(b)pseudocapacitiveasbothelectrods[2].
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Pseudocapacitive materials for electrochemical capacitors:from rational synthesis to capacitance optimization[J]. Jie Wang,Shengyang Dong,Bing Ding,Ya Wang,Xiaodong Hao,Hui Dou,Yongyao Xia,Xiaogang Zhang. National Science Review. 2017(01)
[2]超級電容器的應(yīng)用[J]. 陳雪丹,陳碩翼,喬志軍,傅冠生,阮殿波. 儲能科學(xué)與技術(shù). 2016(06)
本文編號：3242802
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