超級電容器,具有高功率密度、長循環(huán)壽命和優(yōu)異的倍率性能等優(yōu)點,在混合動力汽車和便攜式電子產(chǎn)品等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,較低的能量密度限制了其大規(guī)模應(yīng)用,因此大幅度提高器件的能量密度是超級電容器研究面臨的主要挑戰(zhàn)。根據(jù)超級電容器能量密度公式E=1/2 CV2,提高能量密度有兩個有效途徑,一是提高比容量C,二是提高電壓窗口V。因此,本論文通過提高金屬氮氧化物電極材料的比表面積和電導(dǎo)率,調(diào)控其形貌以及復(fù)合優(yōu)化等策略,提高其比容量;利用制備對稱超級電容器、非對稱超級電容器以及鋰離子超級電容器等手段,提高器件的電壓窗口;并結(jié)合化學(xué)動力學(xué)分析以及第一性原理,對其機理進行了研究。主要研究工作如下:1、首次將多孔氮化鎵(GaN)單晶薄膜材料作為超級電容器電極,制備的器件展現(xiàn)出了優(yōu)異的倍率性能和功率密度,并提出了GaN薄膜的贗電容存儲機理。通過電化學(xué)腐蝕法制備了多孔GaN單晶薄膜并研究了該材料的結(jié)晶質(zhì)量、比表面積、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電導(dǎo)率。利用多孔GaN單晶薄膜制備的超級電容器具有非常高的功率密度(45 mW cm-2,1800 mW cm-3)和優(yōu)異的循環(huán)性能(循環(huán)50000圈之后容量保持率為96%)...

【文章頁數(shù)】：175 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 超級電容器概述
        1.2.1 超級電容器的發(fā)展歷史
        1.2.2 超級電容器的發(fā)展前景
    1.3 超級電容器的工作原理及分類
        1.3.1 雙電層超級電容器
        1.3.2 贗電容超級電容器
        1.3.3 對稱超級電容器與非對稱超級電容器
        1.3.4 鋰離子超級電容器
    1.4 超級電容器電極材料
        1.4.1 碳材料
        1.4.2 導(dǎo)電聚合物
        1.4.3 金屬氧化物
        1.4.4 金屬氮化物
    1.5 本論文的選題依據(jù)和研究內(nèi)容
        1.5.1 選題依據(jù)
        1.5.2 研究內(nèi)容
    參考文獻
第二章 多孔氮化鎵晶體材料的制備及其超級電容器性能研究
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 實驗材料與設(shè)備
        2.2.2 實驗方法
        2.2.3 材料表征方法
        2.2.4 電化學(xué)測試方法
    2.3 材料的形貌與結(jié)構(gòu)分析
        2.3.1 材料的形貌分析
        2.3.2 材料的結(jié)構(gòu)分析
    2.4 材料的電化學(xué)性能研究
        2.4.1 三電極性能研究
        2.4.2 材料的存儲機理研究
        2.4.3 兩電極電化學(xué)性能研究
    2.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第三章 氮化鎵納米線/石墨紙復(fù)合材料的制備及其柔性超級電容器性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗試劑與設(shè)備
        3.2.2 實驗方法
        3.2.3 表征方法
    3.3 復(fù)合材料的形貌與結(jié)構(gòu)分析
        3.3.1 復(fù)合材料的形貌分析
        3.3.2 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析
    3.4 復(fù)合材料的電化學(xué)性能研究
        3.4.1 復(fù)合材料的三電極性能研究
        3.4.2 復(fù)合材料的儲能機理研究
        3.4.3 復(fù)合材料的兩電極性能研究
    3.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第四章 氮化鎵納米片/氮氧化錳復(fù)合材料的制備及其超級電容器性能研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 實驗試劑與設(shè)備
        4.2.2 實驗方法
        4.2.3 表征方法
    4.3 復(fù)合料料的形貌與結(jié)構(gòu)分析
        4.3.1 復(fù)合材料的形貌分析
        4.3.2 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析
    4.4 復(fù)合材料的電化學(xué)性能研究
        4.4.1 復(fù)合材料的三電極研究
        4.4.2 復(fù)合材料的電容貢獻分析
        4.4.3 復(fù)合材料的兩電極研究
    4.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第五章 過渡金屬氮氧化物的制備及其非對稱超級電容器性能研究
    5.1 引言
    5.2 實驗內(nèi)容
        5.2.1 實驗試劑與設(shè)備
        5.2.2 實驗方法
        5.2.3 材料的表征方法
    5.3 復(fù)合材料的形貌與結(jié)構(gòu)分析
        5.3.1 復(fù)合材料的形貌分析
        5.3.2 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析
    5.4 復(fù)合材料的電化學(xué)性能研究
        5.4.1 Co基復(fù)合材料的三電極性能研究
        5.4.2 TMONs材料的三電極性能研究
        5.4.3 復(fù)合材料的動力學(xué)定量分析
        5.4.4 復(fù)合材料的第一性原理計算分析
        5.4.5 復(fù)合材料的兩電極性能研究
    5.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第六章 二元金屬氮氧化物復(fù)合材料的制備及其鋰離子超級電容器性能研究
    6.1 引言
    6.2 實驗部分
        6.2.1 實驗試劑與設(shè)備
        6.2.2 實驗方法
        6.2.3 材料的表征方法
    6.3 復(fù)合材料的形貌與結(jié)構(gòu)分析
        6.3.1 復(fù)合材料的形貌分析
        6.3.2 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析
    6.4 復(fù)合材料的電化學(xué)性能研究
        6.4.1 復(fù)合材料的三電極性能研究
        6.4.2 復(fù)合材料的動力學(xué)定量分析
        6.4.3 復(fù)合材料的第一性原理計算分析
        6.4.4 正極材料的形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能研究
        6.4.5 鋰離子電容器的電化學(xué)性能研究
    6.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 主要創(chuàng)新點
    7.3 后續(xù)工作展望
致謝
攻讀博士學(xué)位期間取得的成果
附已發(fā)表論文兩篇
學(xué)位論文評閱及答辯情況表



本文編號：3809304