超級(jí)電容器作為連接傳統(tǒng)介電電容器和電池的儲(chǔ)能器件,以其高功率密度和長循環(huán)壽命備受關(guān)注。然而,與鋰電池等相比,相對(duì)較低的能量密度限制著其進(jìn)一步應(yīng)用。電極材料作為超級(jí)電容器的核心組件,其電容性能的提升將有助于超級(jí)電容器能量密度的提高。諸多策略已被應(yīng)用于提升電極材料電容性能,但仍受制于電極材料缺乏連續(xù)的電子傳遞網(wǎng)絡(luò)和離子擴(kuò)散通道,以及電極材料與電解質(zhì)接觸不充分等問題,使得實(shí)際比電容與其理論值仍有較大差距。導(dǎo)電聚合物凝膠具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以與電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)在分子層次上的接觸,因此在改善電極材料/電解質(zhì)固液界面,構(gòu)筑連續(xù)電子/離子傳輸路徑等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。本文從電極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā),首先展示了如何借助導(dǎo)電聚合物凝膠獨(dú)特的固液界面和三維連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),賦予電極材料快速的電子傳遞和離子傳輸能力,提升電極材料的電容性能;進(jìn)一步,提出導(dǎo)電聚合物凝膠的新型制備路線,制備出具有優(yōu)異儲(chǔ)能能力的自支撐導(dǎo)電聚合物凝膠,以提升導(dǎo)電聚合物凝膠本身作為電極材料的電化學(xué)性能,并促進(jìn)在其他電極材料性能提升的進(jìn)一步應(yīng)用。具體研究內(nèi)容與結(jié)果如下:（1）在α-Fe₂O₃和苯胺/植酸的均... 

【文章來源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

(a)不同電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量和功率密度對(duì)比圖[10]；(b)不同電極材料的比電容值[22]；(c)非對(duì)稱超級(jí)電容器示意圖(由兩個(gè)具有不同電壓窗口的電極組成：電池類正極和電容類負(fù)極)[23]；(d)不同電極材料的電壓窗口[22]

第一章緒論5與電極材料間的接觸電阻盡可能小；(ii)穩(wěn)定性：不能與電解質(zhì)、電極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等發(fā)生反應(yīng)。此外，集流體的形貌對(duì)于超級(jí)電容器的性能也具有重要影響[31,32]。例如，具有納米孔結(jié)構(gòu)的集流體可以極大地提升離子擴(kuò)散速率，增大電極材料可與之接觸的比表面，進(jìn)而增強(qiáng)超級(jí)電容器的儲(chǔ)能能力[11,32]。目前常用的集流體有銅箔、鋁箔、鈦箔、不銹鋼、泡沫鎳、碳紙、碳布等。此外，目前報(bào)道的可作為電極材料的部分三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)也可直接作為集流體，進(jìn)一步提升超級(jí)電容器的性能。簡(jiǎn)言之，隨著電極研究的深入，電極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體間的界限變得越來越模糊，導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、集流體等非活性組分均被賦予電極材料的功能或被電極材料所取代，從而進(jìn)一步提高電極的儲(chǔ)能能力，促進(jìn)器件的集成化、便攜化。圖1-3(a)超級(jí)電容器基本結(jié)構(gòu)示意圖[21]；(b)隨機(jī)分散的導(dǎo)電劑示意圖[24]；(c)電極材料團(tuán)聚體中電子傳遞阻斷示意圖[25]；(d)電極材料與導(dǎo)電子組分的緊密結(jié)合[24]；(e)均勻負(fù)載電極材料的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)[33]；(f)電化學(xué)循環(huán)后的電極結(jié)構(gòu)[34]Figure1-3(a)Structuraldiagramofatypicalsupercapacitordevice[21].(b)Traditionalelectrodesrelyonarandomarrangementofcontactsandmayresultinpartsofelectrodesnotbeingaccessible[24].(c)Theimpededelectrontransferinmicrometer-sizedagglomerates[25].(d)Intimate“wiring”oftheactiveelectrodeparticleswiththeelectronicconductingcomponent[24].(e)Theuniformloadingofactiveelectrodematerialsonto3Dconductiveframework[33].(f)Thedestructionofelectrodeintegrityuponelectrochemicalcycling[34].cdefab

第一章緒論7圖1-4(a)電解質(zhì)對(duì)超級(jí)電容器性能的影響[14]；(b)電解質(zhì)的分類[14]；(c)可拉伸/可壓縮超級(jí)電容器[35]；(d)熱保護(hù)功能超級(jí)電容器[36]；(e)自修復(fù)超級(jí)電容器[37]Figure1-4(a)Effectsoftheelectrolyteonsupercapacitorperformance[14].(b)Classificationofelectrolytesforsupercapacitor[14].(c)Schematicofanintrinsicallystretchablesupercapacitorandacompressiblesupercapacitor[35].(d)Demonstrationofthermalself-protectionofthesupercapacitorusingPluronicsolutionbasedelectrolyte:thelightintensityoftheLEDbulbdecreasedsignificantlyuponheatingthedeviceto70°C[36].(e)Demonstrationofself-healabilityofthesupercapacitor[37].1.2.2超級(jí)電容器的儲(chǔ)能機(jī)理超級(jí)電容器的儲(chǔ)能機(jī)理與傳統(tǒng)的介電電容器不同。傳統(tǒng)的介電電容器是通過介電材料在電場(chǎng)的作用下發(fā)生物理極化來儲(chǔ)能的，而超級(jí)電容器是利用電解質(zhì)中的陰陽離子在電極材料表面可逆吸附形成雙電層，或在電極材料表面/近表面發(fā)生快速、可逆的法拉第氧化還原反應(yīng)來進(jìn)行儲(chǔ)能：即雙電層電容儲(chǔ)能機(jī)理和贗電容儲(chǔ)能機(jī)理(圖1-5a)[10,42]。贗電容通常表現(xiàn)出比雙電層電容更高的容量(圖1-5b，300-1000Fg-1vs.100-250Fg-1)。因此，贗電容電極材料在制備具有高能量密度的超級(jí)電容器上具有天然的優(yōu)勢(shì)。但受限于法拉第氧化還原反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移/離子遷移速度，贗電容電極材料組裝制得的超級(jí)電容bcdea

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超級(jí)電容器隔膜及其研究進(jìn)展[J]. 林曠野,劉文,陳雪峰.  中國造紙. 2018(12)
[2]Core-shell nanostructure of single-wall carbon nanotubes and covalent organic frameworks for supercapacitors[J]. Yang Han,Qin Zhang,Nantao Hu,Xue Zhang,Yiyong Mai,Jiaqiang Liu,Xiaolin Hua,Hao Wei.  Chinese Chemical Letters. 2017(12)
[3]Pseudocapacitive materials for electrochemical capacitors:from rational synthesis to capacitance optimization[J]. Jie Wang,Shengyang Dong,Bing Ding,Ya Wang,Xiaodong Hao,Hui Dou,Yongyao Xia,Xiaogang Zhang.  National Science Review. 2017(01)
[4]基于導(dǎo)電聚合物水凝膠材料的高性能柔性固態(tài)超級(jí)電容器（英文）[J]. 王凱,張熊,孫現(xiàn)眾,馬衍偉.  Science China Materials. 2016(06)
[5]新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)研究綜述[J]. 叢晶,宋坤,魯海威,高曉峰,肖白.  電工電能新技術(shù). 2014(03)
[6]儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的研究進(jìn)展[J]. 駱妮,李建林.  電網(wǎng)與清潔能源. 2012(02)

博士論文
[1]新型摻雜多孔碳材料的合成、調(diào)控及其電化學(xué)性能[D]. 馮小童.蘭州大學(xué) 2019
[2]高性能氮化釩基納米電極材料的設(shè)計(jì)及儲(chǔ)能性能研究[D]. 李慶偉.華中科技大學(xué) 2018
[3]多孔電極材料的構(gòu)筑及其在超級(jí)電容器中的研究與應(yīng)用[D]. 胡晨晨.華中科技大學(xué) 2017
[4]電化學(xué)聚合制備基于導(dǎo)電聚合物的高能量密度超級(jí)電容器電極與器件[D]. 張環(huán)環(huán).吉林大學(xué) 2017
[5]過渡金屬氧化物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改性及其贗電容儲(chǔ)能特性研究[D]. 肖旭.華中科技大學(xué) 2016
[6]二維共價(jià)有機(jī)框架結(jié)構(gòu)的合成和性能研究[D]. 陳龍.北京理工大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3066751