從蒸汽時代到電氣時代,再從電氣時代到信息時代,人類社會的發(fā)展總是伴隨著能源技術(shù)的革新。自工業(yè)革命以來,能源問題與環(huán)境問題一直制約著各國的發(fā)展。特別是在電子設(shè)備愈發(fā)小型化和移動化的今天,人們對于能源的供應(yīng)方式也提出了更高的要求。超級電容器作為一種先進(jìn)的電化學(xué)儲能設(shè)備,依靠超快的充放電速率,超高的功率密度以及超長的使用壽命等特點(diǎn)受到各國科研工作者的青睞,但超級電容器表現(xiàn)出的低能量密度制約了它的使用。電極材料是決定超級電容器儲能性能優(yōu)劣的關(guān)鍵性因素,因此本論文旨在優(yōu)化碳材料的合成方法以開發(fā)具有高能量密度,高功率密度的實用性碳基雙電層超級電容器,具體工作內(nèi)容如下:（1）利用脫膠行業(yè)的副產(chǎn)物絲膠蛋白作為生物質(zhì)前驅(qū)體,KOH作為活化劑兩步法制備了具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)的碳材料。測試表明,獨(dú)特的分級多孔結(jié)構(gòu)賦予了電極材料卓越的單位比容量和極佳的傳輸速率。所制備的AC-1在0.5 A g^-1的電流密度下表現(xiàn)出228.5 F g^-1的高質(zhì)量比容量;在10 A g^-1的電流密度下,經(jīng)歷20000次循環(huán)后的容量保持率為初始容量的84%。（2）考慮到... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

超級電容器的結(jié)構(gòu)示意圖

第一章緒論3并且，一款合適的隔膜能有效降低器件的離子傳輸阻抗，從而提升超級電容器的儲能性能。目前市售的超級電容器隔膜主要由日本高度紙業(yè)(NKK)公司與美國Celgrad公司提供。我國關(guān)于超級電容器的專利申請主要集中于電極材料的開發(fā)，關(guān)于隔膜紙的專利申請比例相對較少。由于超級電容器的優(yōu)勢在于高功率地充放電，因此，未來隔膜紙將朝著薄厚度、高孔隙率的方向發(fā)展。（3）電解質(zhì)電解質(zhì)電離出的離子是電容器內(nèi)部兩個極板之間電荷傳輸?shù)妮d體。對電解質(zhì)的要求有以下幾點(diǎn)：高工作電壓，高化學(xué)穩(wěn)定性，高離子濃度，低粘度等。常見的電解質(zhì)根據(jù)其常溫下的狀態(tài)可分為固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)。液態(tài)電解質(zhì)可根據(jù)其溶劑形式進(jìn)一步分為水系電解液（KOH、H2SO4和Na2SO4等）、有機(jī)系電解液（四乙基銨四氟硼酸鹽和三乙基甲基銨四氟硼酸鹽等）和離子液體。水系電解液的優(yōu)勢在于制備條件簡單且沒有嚴(yán)格的裝配條件限制，并且可以提供較高的離子濃度和較低的電阻，但其工作電壓窗口較小（通常小于1.2V），為獲得高電壓通常需要串聯(lián)多個電容器[13,14]。有機(jī)系電解液可以輕松地實現(xiàn)3.5V的高電壓窗口，但有機(jī)電解質(zhì)的溶劑常常具有毒性（例如乙腈等）[15]。離子液體的使用溫度范圍較廣，但也因為昂貴的造價限制了其大規(guī)模使用[16,17]。1.2.2超級電容器概述超級電容器（Supercapacitors），又名電化學(xué)電容器（Electrochemicalcapacitors），是具有較高電容值的電化學(xué)大功率儲能設(shè)備。其儲能原理與常規(guī)的電容器類似，即兩個平行的板或者導(dǎo)體被介電材料或者非導(dǎo)電區(qū)域隔開。圖1-2不同電化學(xué)裝置的Ragone圖[18]

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4傳統(tǒng)平行板電容器的電容值很大程度上取決于每個極板的面積，其儲能方式是典型的物理過程。類似的，對于超級電容器而言，其電極材料通常具有較大的比表面積，因而可以產(chǎn)生較高的比電容值。與傳統(tǒng)鋰離子電池?fù)u椅式的儲能機(jī)理不同，超級電容器依靠與電解液接觸的電極界面進(jìn)行儲能，因此超級電容器可以快速地釋放或存儲的電荷，在數(shù)秒內(nèi)完成充放電過程，常作為動力電池使用。圖1-2顯示了當(dāng)前超級電容器、電池和燃料電池的能量密度與功率密度的Ragone圖。它清楚地顯示出燃料電池具有最高的能量密度，而與電池和燃料電池相比，超級電容器的功率密度卻相對較高。1.2.3超級電容器的發(fā)展歷程最早超級電容器可追溯到18世紀(jì)中期一種名為“萊頓瓶”的裝置，該裝置利用一個內(nèi)外貼有錫箔的玻璃瓶作為容器成功地實現(xiàn)了對靜電的存儲。圖1-3（a）Helmholtz模型；（b）Gouy-Chapman模型；（c）Stern模型最早的雙電層理論由德國物理學(xué)家Helmholtz于1879年提出。如圖1-3a所示，Helmholtz模型是基于空間電荷分布建模的最簡單理論，該模型認(rèn)為，在電極/電解質(zhì)界面處會形成兩層相反的電荷層，電容器的存儲電荷能力直接取決于導(dǎo)電多孔電極表面電解質(zhì)離子的靜電吸引力[19]。Helmholtz模型并未考慮到電解質(zhì)溶液的熱運(yùn)動，基于此Gouy和Chapman對其模型進(jìn)行改進(jìn)并提出，由于電解質(zhì)的熱運(yùn)動，電解質(zhì)離子會連續(xù)分布并形成擴(kuò)散層，擴(kuò)散層的厚度部分地取決于離子所具有的動能。該模型闡述了熱運(yùn)動對于雙電層形成的影響但忽略了緊密層的存在，當(dāng)溶液

【參考文獻(xiàn)】：
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