電化學電容器,又稱超級電容器,是一種新型的電化學能源存儲器件,具有充放電時間短（1-30s）、功率密度高（1-10kW/kg）、循環(huán)性能好（10-50萬次）、庫倫效率高（99%）等優(yōu)點,然而,其能量密度較低（1-10Wh/kg）。提高電極材料的比電容,以及選擇合適的電解液以擴大電位窗口,均是提高電容器能量密度的有效方法。由于過渡金屬氧化物中的金屬原子具有多種價態(tài),從而具有很高的理論比容量,而多孔炭材料則具有良好的電導率和發(fā)達的孔道結構。因此,本論文的思路是將過渡金屬氧化物和多孔炭材料相結合,在提高材料整體比電容的同時,利用炭材料多孔的空間網絡結構,促進電子在材料骨架網絡上的快速傳遞,最終實現(xiàn)材料能量密度和功率密度的同時提升。以此為基礎,本論文考察了三種過渡金屬氧化物（RuO2、Nb2O5、TiO2）與多孔炭材料形成復合材料的制備工藝,系統(tǒng)分析了所制材料的形貌結構,并深入研究了所制材料的電化學行為,得到的主要結論如下：（1）氮摻雜和RuO2負載對中孔炭復合電極材料電化學性能的影響研究。結果表明,氮摻雜和RuO2負載量對中孔炭骨架網絡上Ru02的分散狀態(tài)、晶型和中孔炭孔隙率有重要影響。當選... 

【文章來源】：華東理工大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：163 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

各種不同能源存儲器件的Ragoiie圖對比I31Fig.1.1Ragoneplotsofvariousenergystoragedevices

電化學電容器，又稱超級電容器（supercapacitor、ultracapacitor),是一類新興的電化學能源存儲器件。表1.1為不同能源存儲器件的性能參數(shù)對比。相比于鋰離子電池，超級電容器具有充放電時間短（1-30 S)、功率密度高（1-lOkW/kg)、循環(huán)性能好（10-50力7欠）、庫倫效率高（99%)等優(yōu)點。而相比于傳統(tǒng)的電介質電容器，超級電容器又具有能量密度高的優(yōu)勢（1-10 Wh/kg)。值得一提的是，對于隨機性和間歇性可再生能源的風力發(fā)電裝置，超級電容器的應用可以提高風電場的安全運行。然而，超級電容器的能耗成本高（每瓦時$6-11)，為裡離子電池的10倍左右，因此大力研發(fā)低成本的超級電容器勢在必行。肝發(fā)具有高能量密度、快速充放電能力的超級電容器，不但具有切實的理論意義，比如探明離子尺寸和孔徑的適配關系材料表面化學對比電容的影響[5]，分等級孔道對充放電速率的影響[6]，而且還具有很高的實際應用價值和廣闊的應用前景，如圖1.2所示。1.1超級電容器的原理及其理論發(fā)展超級電容器有多種分類，根據(jù)工作機理的不同，超級屯容器可以分為雙電層電容器

第4頁 華東理工大學博士學位論文劃電荷相反），與材料表而的電荷形成雙電層，提供比電容。比電容的計算公式如下：C = (1-1)d其中^是電解液相對介電常數(shù)，&是真空介電常數(shù)，J是電荷和離子之間的距離，A是界面的表面積。該模型雖然能一定程度上反映比電容的來源，然而認為去溶劑化后的離子能幾乎固定不動的形式吸附在材料表面卻并不與實際相符。于是又有了修正后的Gouy-Chapman模型和Stem模型，該模型認為離子在界面的濃度是隨著離子到界面的距離而慢慢減小的，存在一個擴散層，在該擴散層內，電勢慢慢降低，如圖1.3所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Nb2O5-carbon core-shell nanocomposite as anode material for lithium ion battery[J]. Ge Li,Xiaolei Wang,Xueming Ma.  Journal of Energy Chemistry. 2013(03)



本文編號：3407738