伴隨著氣候變化和化石燃料的不斷減少,能量儲存裝置的發(fā)展已經(jīng)變得比以往都更加重要。超級電容器作為新型儲能裝置,因具有使用壽命長、功率密度高和綠色環(huán)保等優(yōu)點而備受研究者關(guān)注。三維石墨烯具有高導(dǎo)電性、高比表面積和豐富的孔洞結(jié)構(gòu),用作超級電容器電極材料可以實現(xiàn)良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性,但比電容和能量密度較低。聚苯胺因其具有快速摻雜/脫摻雜、合成簡單和成本低等特點而得到廣泛應(yīng)用。本文制作三維石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料超級電容器,從電極材料、電解質(zhì)種類和器件結(jié)構(gòu)三方面入手研究,來提高電容器的比電容和電壓窗口,增加能量密度的同時保留其良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容如下:1.使用原位聚合法在三維石墨烯（GH）表面生長鹽酸摻雜聚苯胺（PANI-HCl）,得到三維石墨烯/鹽酸摻雜聚苯胺復(fù)合物（GP-HCl）,通過調(diào)節(jié)苯胺和過硫酸銨的濃度控制復(fù)合物中PANI-HCl的質(zhì)量分數(shù),探討PANI-HCl含量對GP-HCl的電化學(xué)性能的影響。當(dāng)PANI-HCl含量為10%時,GP-HCl的電化學(xué)性能最優(yōu)。2.使用GH作為基底,采用HCl、H2SO4和HC1O4作為摻雜酸分別制備GP-HCl、GP-H2SO4... 

【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１不同儲能器件的比能量和比功率［１７］??Ｆｉ．?１－１?Ｓｅｃｉｆｉｃ?ｅｎｅｒａｎｄ?ｓｅｃｉｆｉｃｏｗｅｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｎｅｒｓｔｏｒａｅ?ｄｅｖｉｃｅｓ??

（１）電化學(xué)雙層電容器（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＥＤＬＣｓ?）??電化學(xué)雙層電容器（ＥＤＬＣｓ）是由兩個炭基材料電極、電解質(zhì)和隔膜構(gòu)成（如??圖１－３）。ＥＤＬＣｓ可以通過靜電或者非法拉第過程存儲電荷，其在電極和電解質(zhì)??之間不發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移［２５，?２６］。ＥＤＬＣｓ采用的能量存儲機制是電化學(xué)雙層原理。當(dāng)??施加電壓時，電荷在電極表面上積聚，由于電位差的存在，相反電荷將被吸引。??這將導(dǎo)致電解質(zhì)中的離子通過擴散作用穿過隔膜到達相反電荷的電極孔內(nèi)部。雙??電荷層的形成避免了離子在電極表面復(fù)合，雙電極的形成，伴隨著電極比表面積??的增加和電極間距的減小，這樣可允許Ｈ）ＬＣｓ可以獲得更高的能量密度［２７，?２８］。??此外，由于ＥＤＬＣｓ的儲能機制，它允許非常快的能量吸收和輸運，更好的功率表??現(xiàn)。由于無法拉第過程，ＥＤＬＣｓ充放電過程中沒有化學(xué)反應(yīng)。它消除了在充電和??放電期間活性材料中出現(xiàn)的膨脹現(xiàn)象。ＥＤＬＣｓ與電池有以下區(qū)別：ＥＤＬＣｓ可以循??環(huán)充放電數(shù)百萬次，而電池最多只能承受數(shù)千次的充放電；ＥＤＬＣｓ電荷存儲不包??括電解質(zhì)的溶劑

電容和能量密度。比如一些金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物由于具有法拉第效應(yīng)，將使??得這些電容器發(fā)生氧化還原反應(yīng)后電解質(zhì)產(chǎn)生固化，因此它們也經(jīng)受著低循環(huán)穩(wěn)??定性和低功率密度的問題［３２－３４］。圖１－４為贗電容器結(jié)構(gòu)。??Ｊｉｌｌ??ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ?ｓｅｐａｒａｔｏｒ??圖１－４贗電容結(jié)構(gòu)示意圖［２５］??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ??５??

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：2903109