本文關(guān)鍵詞：基于二硫化鉬柔性同軸電極線形超級電容器的制備及性能研究

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【摘要】：為了應(yīng)對當(dāng)今化石能源的短缺問題,以及日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,各國都在努力尋找可持續(xù)發(fā)展的新能源以及先進(jìn)的儲能技術(shù)。其中,我國將新能源和新材料列為七大戰(zhàn)略性新產(chǎn)業(yè)。超級電容器作為一種新型儲能器件,一直以來都是新能源的研究熱點(diǎn)。它介于電解電容器和電池之間。和傳統(tǒng)的電容器相比,其比容量和能量密度都有提高;與充電電池相比,其具有更高的功率密度和更長的循環(huán)壽命,可大電流快速充放電。在國防軍工、航空航天、交通運(yùn)輸、電子信息和儀器儀表等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要的研究內(nèi)容如下:1.以鉬酸銨和硫脲為原料,經(jīng)水熱反應(yīng)成功制得Mo S_2納米片,分析引起Mo S_2性能差異的幾個(gè)因素:溶度,溫度,時(shí)間。從中優(yōu)化Mo S_2性能,為后續(xù)組裝Ti/Ti O_2/Mo S_2纖維電極作準(zhǔn)備。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得到優(yōu)化條件為:濃度為鉬酸銨(0.01M),硫脲(0.13M),溫度為200o C,反應(yīng)時(shí)間為9h。在此條件下的合成的Mo S_2,經(jīng)過SEM、TEM和Raman表征,發(fā)現(xiàn)Mo S_2具有典型的層狀結(jié)構(gòu),且片層的厚度為10nm,層間距是0.65nm。2.對選用的骨架(鈦絲)表面作簡單的修飾,引入Ti O_2緩沖層,輔助后期Mo S_2的生長,使Mo S_2分布的更均勻,更完整,結(jié)合的緊密。制備出同軸纖維電極Ti/Ti O_2/Mo S_2。同時(shí)采用SEM、TEM對Ti O_2表面和同軸電極的橫斷面作表征。采用Zeta電位分析Ti、Ti O_2、Mo S_2表面所帶電荷的電性,發(fā)現(xiàn)引入帶正電荷的Ti O_2將同帶負(fù)電荷的骨架Ti和Mo S_2活性層結(jié)合的更緊密,從而提高電子傳輸速度,使得電容有明顯的提高。具體來說,Ti/Ti O_2/Mo S_2電極的比電容較Ti/Mo S_2提高了88%。3.探索了Mo S_2纖維電極的電化學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)Ti/Ti O_2/Mo S_2纖維電極,其比容量可達(dá)到230.2 F g-1(70.6 F cm-3),組裝的纖維超級電容器,其能量密度為2.70 Wh kg-1(4.98 m Wh cm-3),功率密度為530.9 W kg-1(977.4 m W cm-3)。循環(huán)性能也做了對比,Ti/Ti O_2/Mo S_2超級電容器,循環(huán)2000次后,電容量保持為初始的89%。4.單根纖維電容器具有比容量高和循環(huán)壽命長的優(yōu)點(diǎn),但是受限于輸出電壓小,功率低,還難以在實(shí)際中應(yīng)用。通過串并聯(lián)組合,可以達(dá)到提高電壓,增大功率的作用,且多個(gè)纖維電容器組合后仍能維持穩(wěn)定的電學(xué)性能,為其在實(shí)際應(yīng)用提供了可能。在本文中,8根纖維電容器分兩組,這兩組分別串聯(lián),并聯(lián),然后再串聯(lián)在一起,能夠穩(wěn)定點(diǎn)亮5盞并聯(lián)的LED燈(額定電壓為2V)。5.本文還探索了纖維超級電容器的柔性和靈活性,如纏繞成彈簧狀,或編織到紡織物中,發(fā)現(xiàn)其具有可拉伸,可彎曲,可編織的功能,表現(xiàn)出優(yōu)異的可加工性。將其作為自供能紫外探測器系統(tǒng)的儲能裝置,將太陽能轉(zhuǎn)換成的電能存儲起來,提供電力。
【關(guān)鍵詞】：二硫化鉬 同軸電極 纖維超級電容器 柔性 智能紡織品
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-40
• 1.1 超級電容器的研究背景10-25
• 1.1.1 超級電容器的組成12-13
• 1.1.2 超級電容器的分類13-17
• 1.1.3 超級電容器的發(fā)展趨勢17-18
• 1.1.4 線形柔性超級電容器18-21
• 1.1.5 纖維電極的制備方法21-25
• 1.2 超級電容器電極材料介紹25-30
• 1.2.1 炭材料25-27
• 1.2.2 導(dǎo)電聚合物27-28
• 1.2.3 金屬氧化物28-30
• 1.3 二硫化鉬的介紹30-36
• 1.3.1 二硫化鉬的基本性質(zhì)30-32
• 1.3.3 二硫化鉬的應(yīng)用32-36
• 1.4 本文的研究意義和結(jié)構(gòu)安排36-40
• 第二章 實(shí)驗(yàn)條件及主要測試方法40-48
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑40
• 2.2 實(shí)驗(yàn)所需儀器40-41
• 2.3 測試分析方法41-43
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡（SEM）與X射線能譜分析（EDS）41-42
• 2.3.2 透射電子顯微鏡（TEM）與高分辨率的透射電鏡（HRTEM）42
• 2.3.3 拉曼光譜分析（Raman）42-43
• 2.3.4 Zeta電位43
• 2.4 材料的電化學(xué)性能測試43-44
• 2.4.1 循環(huán)伏安測試 (CV)43-44
• 2.4.2 恒流充放電測試 (GCD)44
• 2.4.3 交流阻抗測試 (EIS)44
• 2.5 電化學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算44-46
• 2.5.1 單電極比容量計(jì)算44-45
• 2.5.2 對稱電容器能量密度、功率密度計(jì)算45-46
• 2.6 本章小結(jié)46-48
• 第三章 二硫化鉬合成條件的研究48-60
• 3.1 MoS_2的合成方法48-51
• 3.2 MoS_2的形貌51-53
• 3.3 MoS_2水熱合成的條件53-58
• 3.3.1 溫度對電化學(xué)性能的影響54-55
• 3.3.2 濃度對電化學(xué)性能的影響55-56
• 3.3.3 時(shí)間對電化學(xué)性能的影響56-58
• 3.4 MoS_2的表征58
• 3.5 本章小結(jié)58-60
• 第四章 二硫化鉬超級電容器電化學(xué)性能的研究60-72
• 4.1 同軸纖維電極的設(shè)計(jì)60-64
• 4.1.1 集流體的選擇60-61
• 4.1.2 集流體的預(yù)處理61-64
• 4.2 電化學(xué)性能64-70
• 4.2.1 同軸纖維電極的電化學(xué)性能64-66
• 4.2.2 纖維超級電容器的電化學(xué)性能66-70
• 4.3 本章小結(jié)70-72
• 第五章 二硫化鉬超級電容器柔性性能的研究72-76
• 5.1 可編織72-73
• 5.2 可拉伸73
• 5.3 自供能系統(tǒng)73-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第六章 全文總結(jié)與展望76-80
• 6.1 全文總結(jié)76-77
• 6.2 主要的創(chuàng)新點(diǎn)77
• 6.3 工作中存在的問題及展望77-80
• 致謝80-82
• 參考文獻(xiàn)82-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文90

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本文編號：1089022