基于雙電層機制的超級電容器（SC）具有超長的使用壽命和高度的可靠性,已成為周期性能量存儲的重要儲能器件。然而,由于快速自放電（self-discharge,SDC）過程導致的能量損失是超級電容器仍然面臨一大挑戰(zhàn)。目前研究表明,超級電容器自放電機理有法拉第電荷轉移,擴散控制的法拉第過程,以及泄漏電流等幾種。不同電極材料和電解質SC系統(tǒng)可能會遇到不同的SDC機制。本論文提出使用高介電材料鈦酸鋇（BaTiO₃）納米顆粒作為電流變材料分散在離子液體1-乙基-3甲基-咪唑四氟硼酸鹽（EMIMBF₄）作為電解液減緩超級電容器自放電。電流變材料是一種新型的功能材料,具有廣泛的應用前景。關于電流變材料,大部分電流變液是由固體顆粒分散在非極性液體中制得的懸浮液,電流變液體中的固體顆粒材料稱為電流變材料。電流變液體中的固體顆粒材料（電流變材料）一般為有機半導體材料、無機非金屬材料和高分子半導體材料。電流變液體的重要組成部分是分散相和分散介質。作為分散相的應該是具有電流變活性的固體顆粒材料（電流變材料）,作為分散介質的應該是絕緣油或其它的非導電型的液體。電流變液在... 

【文章來源】：上海師范大學上海市

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1雙電層機理:(a)Helmholtz模型，(b)Gouy-Chapman模型，(c)Stern模型（Q：雙層厚度上的電勢；X：距電極表面的距離）

上海師范大學碩士學位論文第1章引言15長等優(yōu)點，繼而受到科學家的關注并對其開展廣泛細致的研究。雙電層超級電容器的優(yōu)點包括：額定功率高，循環(huán)壽命和效率高，可在寬溫度范圍內運行，對環(huán)境的關注度低，幾乎不需要維護或安全性高。電容器的能量和電壓的關系如下：E=122（1.5.3.1）E是超級電容器的能量，C是超級電容器的電容，V是超級電容器的電壓。超級電容器的能量和電壓的平方成正比，電壓的削減嚴重影響電容器的質量，使得與電池的競爭性減校到現(xiàn)在為止，科研工作者已研究出減緩超級電容器的多種方法。例如，ZixingWang等人使用基于通過硅—氧鍵和熱塑性聚氨酯（BISE）與EMIMBF4離子液體交聯(lián)的膨潤土，設計使用BISE固態(tài)電解液慢自放電的超級電容器，解決超級電容器的自放電過快問題[13]。如圖1.5.3.1。(a)(b)圖1.5.3.1(a)液體電解質和固態(tài)BISE電解質的示意圖；(b)傳統(tǒng)超級電容器和BISE固態(tài)超級電容器的開路電勢衰減[13]實驗結果表示，使用BISE固態(tài)電解液的超級電容器和使用離子液體的傳統(tǒng)超級電容器相比，具有顯著的低自放電狀態(tài)，放電60h后，電壓只下降了28.9%，而使用離子液體的傳統(tǒng)超級電容器放電12h后電壓就下降40.1%。LibinChen[16]等人使用兩種方式來阻止兩電極間電解液的移動。（1）使用Nafion117離子交換膜作為電容器的隔膜，以阻擋活性電解液的移動，（2）使用CuSO4特殊活性物質在充電過程中電化學反應發(fā)生時可轉換成不可溶物質沉積在電極表面。兩種減緩超級電容器自放電的方式機理如圖：

上海師范大學碩士學位論文第1章引言16(a)(b)(c)(d)圖1.5.3.2(a)使用離子交換膜作為隔離器；(b)使用特殊電解質在充電過程中轉化成不可溶物質；(c)以恒電流10mA的電流充至0.8V裝置2和3的自放電曲線；(d)以恒電流10mA的電流充至0.8V裝置2和4的自放電曲線。第一種方式電解液中含有兩種電解質，氫醌（hydroquinone，HQ），對苯醌（p-benzoquinone，BQ），兩種電解質的反應如式：HQ=BQ+2++2(1.5.3.2)使用Nafion117離子交換膜的電容器只能允許H+的移動，而抑制氧化物的移動，電壓以0.8V降到0.3V好是4686s，是不使用離子交換膜傳統(tǒng)電容器放電時間（1462s）的3倍。使用方式（2）的電容器電壓從0.8V降到0.3V耗時7727s，明顯抑制自放電。TeteTevi等人提出在電極上覆蓋一層薄的絕緣層，這種絕緣層用聚苯醚（PPO）材料制成[14]，可以減少在雙電層電容器中的泄漏電流，從而減緩超級電容器的自放電。在超級電容器中電解液雙電層機理如圖所示：

【參考文獻】：
期刊論文
[1]隔膜對雙電層電容器和混合型電池-超級電容器的電化學性能的影響（英文）[J]. 孫現(xiàn)眾,張熊,黃博,馬衍偉.  物理化學學報. 2014(03)



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