電化學(xué)電容器,又稱超級(jí)電容器,是一種新型的電化學(xué)能源存儲(chǔ)器件,具有充放電時(shí)間短（1-30s）、功率密度高（1-10kW/kg）、循環(huán)性能好（10-50萬(wàn)次）、庫(kù)倫效率高（99%）等優(yōu)點(diǎn),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(kuò)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(jià)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(dǎo)率和發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)。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(jié)合,在提高材料整體比電容的同時(shí),利用炭材料多孔的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),促進(jìn)電子在材料骨架網(wǎng)絡(luò)上的快速傳遞,最終實(shí)現(xiàn)材料能量密度和功率密度的同時(shí)提升。以此為基礎(chǔ),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(fù)合材料的制備工藝,系統(tǒng)分析了所制材料的形貌結(jié)構(gòu),并深入研究了所制材料的電化學(xué)行為,得到的主要結(jié)論如下：（1）氮摻雜和RuO2負(fù)載對(duì)中孔炭復(fù)合電極材料電化學(xué)性能的影響研究。結(jié)果表明,氮摻雜和RuO2負(fù)載量對(duì)中孔炭骨架網(wǎng)絡(luò)上Ru02的分散狀態(tài)、晶型和中孔炭孔隙率有重要影響。當(dāng)選... 

【文章來(lái)源】：華東理工大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：163 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

各種不同能源存儲(chǔ)器件的Ragoiie圖對(duì)比I31Fig.1.1Ragoneplotsofvariousenergystoragedevices

電化學(xué)電容器，又稱超級(jí)電容器（supercapacitor、ultracapacitor),是一類新興的電化學(xué)能源存儲(chǔ)器件。表1.1為不同能源存儲(chǔ)器件的性能參數(shù)對(duì)比。相比于鋰離子電池，超級(jí)電容器具有充放電時(shí)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(kù)倫效率高（99%)等優(yōu)點(diǎn)。而相比于傳統(tǒng)的電介質(zhì)電容器，超級(jí)電容器又具有能量密度高的優(yōu)勢(shì)（1-10 Wh/kg)。值得一提的是，對(duì)于隨機(jī)性和間歇性可再生能源的風(fēng)力發(fā)電裝置，超級(jí)電容器的應(yīng)用可以提高風(fēng)電場(chǎng)的安全運(yùn)行。然而，超級(jí)電容器的能耗成本高（每瓦時(shí)$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(jí)電容器勢(shì)在必行。肝發(fā)具有高能量密度、快速充放電能力的超級(jí)電容器，不但具有切實(shí)的理論意義，比如探明離子尺寸和孔徑的適配關(guān)系材料表面化學(xué)對(duì)比電容的影響[5]，分等級(jí)孔道對(duì)充放電速率的影響[6]，而且還具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，如圖1.2所示。1.1超級(jí)電容器的原理及其理論發(fā)展超級(jí)電容器有多種分類，根據(jù)工作機(jī)理的不同，超級(jí)屯容器可以分為雙電層電容器

第4頁(yè) 華東理工大學(xué)博士學(xué)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(jì)算公式如下：C = (1-1)d其中^是電解液相對(duì)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(lái)源，然而認(rèn)為去溶劑化后的離子能幾乎固定不動(dòng)的形式吸附在材料表面卻并不與實(shí)際相符。于是又有了修正后的Gouy-Chapman模型和Stem模型，該模型認(rèn)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(gè)擴(kuò)散層，在該擴(kuò)散層內(nèi)，電勢(shì)慢慢降低，如圖1.3所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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(hào)：3407738