超級(jí)電容器作為一種具有優(yōu)異的功率密度和循環(huán)特性的儲(chǔ)能器件,受到了人們的廣泛關(guān)注。然而傳統(tǒng)的對稱碳基雙電層電容器能量密度低,不能滿足日益增長的儲(chǔ)能需求。因此,科研工作者設(shè)計(jì)由一個(gè)雙電層儲(chǔ)能原理的電極材料和一個(gè)法拉第儲(chǔ)能原理的電極材料組成的非對稱電容器。因?yàn)檎?fù)極不同的儲(chǔ)能機(jī)理和工作電壓,新型儲(chǔ)能器件能夠具有較寬的電壓區(qū)間,較為理想的能量密度、功率密度和循環(huán)壽命。根據(jù)不同的法拉第反應(yīng)原理,非對稱電容器可以被分為發(fā)生贗電容反應(yīng)的非對稱超級(jí)電容器與發(fā)生電池反應(yīng)的非對稱混合離子電容器。在本論文中,具有良好的贗電容特性和儲(chǔ)鋰特性的錳氧化物被選擇作為研究對象,但錳氧化物其本身導(dǎo)電性差,反應(yīng)體積變化大,所以本文通過將其與石墨烯復(fù)合,設(shè)計(jì)形貌與結(jié)構(gòu)抑制體積變化,并且通過缺陷工程進(jìn)一步優(yōu)化性能,之后將其作為電極材料組裝兩種非對稱電容器并研究其電化學(xué)性能。（1）利用錳氧化物優(yōu)秀的儲(chǔ)鋰性能,將富含氧空位的二氧化錳/還原氧化石墨烯（Ov-MnO2/rGO）復(fù)合材料用作鋰離子電容器負(fù)極。通過化學(xué)沉淀和氬氣氣氛下退火處理,合成了 Ov-MnO2/rGO電極材料,并且通過調(diào)節(jié)MnO2/GO復(fù)合比例與退火處理優(yōu)化了其在... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２超級(jí)電容器的儲(chǔ)能機(jī)理示意圖：（ａ）雙電層原理；（ｂ）過電位沉積型，（ｃ）氧化還原??型，（ｄ）離子嵌入型贗電容原理州??

?猛氧化物基非對稱電容器電性能研究???非對稱電容器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖１．３。??非對稱超級(jí)電容器?混合離子電容器??雙?？贗?．?？?雙??電?＊電?￥?．．電??戸?ｈ?。?？?茲池?１１２?°?？?戶??Ｉ’．巧遢：ｆ?１?！??圖１．３兩種非對稱電容器結(jié)構(gòu)示意圖Ｍ??非對稱超級(jí)電容器是由贗電容電極和雙電層電容電極的正負(fù)極組成［？２５］。充放電過??程中，一極上發(fā)生電解液離子參與的快速可逆的贗電容法拉第反應(yīng)，一極發(fā)生電解液離??子的物理脫吸附行為［２６］。贗電容材料的比電容遠(yuǎn)超過雙電層儲(chǔ)能的碳材料，能夠提高器??件的比電容。并且通過利用正負(fù)極各自的電壓窗口，通常可以把非對稱超級(jí)電容的電壓??窗口擴(kuò)大到２Ｖ左右。這樣設(shè)計(jì)的非對稱超級(jí)電容器相比對稱碳材料超級(jí)電容器具有更??接近鋰離子電池的能量密度。??目前研宄較多，且有希望進(jìn)一步商業(yè)化的混合離子電容器是鋰離子電容器Ｍ?２３，?２７］。??鋰離子電容器大多是由電容型的碳材料正極和鋰離子電池型的負(fù)極組成，結(jié)合了功率密??度高和能量密度高的共同優(yōu)點(diǎn)。并且在有機(jī)電解液體系中，碳材料正極的工作電壓窗口??通常在３－４．５?Ｖ左右，將其和鋰離子電池負(fù)極組裝后，器件的工作電壓窗口一般可以達(dá)??到３Ｖ以上。鋰離子電容器的充放電過程可以表述如下：在充電時(shí)，電解質(zhì)陰離子向正??極移動(dòng)，正極通過物理吸附儲(chǔ)能，Ｕ＋向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，最終嵌入負(fù)極儲(chǔ)能；放電時(shí)，正負(fù)極??則分別發(fā)生脫附和脫嵌反應(yīng)，釋放儲(chǔ)存的能量。這兩個(gè)電極的充放電過程在不同的電位??范圍內(nèi)進(jìn)行，可以有效地?cái)U(kuò)大工作電位窗口，從而提高能量密度。相較贗電容法拉第反??應(yīng)，電池型法拉第反應(yīng)過程更加緩慢。正負(fù)極

?猛氧化物基非對稱電容器電性能研究???顆粒／石墨稀復(fù)合材料，并且以ＡＣ為正極，Ｍｎ３〇４／ｇｒａｐｈｅｎｅ為負(fù)極，組裝了?Ｍｎ３〇４－Ｇ／／ＡＣ??非對稱鋰離子電容器，其能量密度為１４２?Ｗｈ?ｋｇ－１?［６９］。Ｚｈａｏ通過化學(xué)沉積將ＭｎＯ納米??顆粒沉積在木棉制備的碳納米片（ＣＮ）上，并以此為負(fù)極和ＣＮ正極組裝成ＭｎＯ／ＣＮ／／ＣＮ??非對稱鋰離子電容器，其在８３?Ｗ?ｋｇ－１時(shí)具有１００?Ｗ?ｈ?ｋｇ－１的最大能量密度［７Ｑ］。??ＭｎＯ．－ｃａｒｌｗｎ?ｎａｎｏｔｕｂｃ?（Ｃ?Ｎ?１ｈ）?ｃｏｍ（＞ｏｓｉｌｅ?？?，??／Ａ！ｎＯ＾－＜ａｒｌ＞ｏｎ?ｂａｓｅｄ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｄｌｏｒ?＼?：???■ｆ??＇？‘?ｉＢａＸｌ?ＭｎＯ：－ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｆｏａｍ／ａｅｒｏｇｅｌ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ???又’??麵薦鏖ｎ＿｜??，ｚ?（ＡＡｒａＭｉ?？Ｘｆ?ｌ＊Ｃ，＊ｔｅｅｐｅｉ＊ｉ??圖１．?４常見的錳氧化物形貌及錳氧化物和碳材料復(fù)合處理示例［５７］??材料的缺陷設(shè)計(jì)也是改善電極電化學(xué)性能的重要手段。材料中常見的缺陷是微觀上??的點(diǎn)缺陷，引入了陰離子或陽離子空位可以有效地調(diào)節(jié)金屬氧化物的電子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)表??面氧化還原反應(yīng)［７１，７２］。此外，空位缺陷可以貢獻(xiàn)更多的離子嵌入位點(diǎn)，能夠提高電化學(xué)??容量ｔ７３］。Ｚｈａｏ等通過對電沉積獲得的Ｍｎ０２進(jìn)行氫化處理，利用ＴＥＭ和ＸＰＳ證明了氧??空位的引入，并且引入氧空位的Ｍｎ〇２在電容器三電極體系下表現(xiàn)出４４９?Ｆｇ－１的比電容??和優(yōu)異的倍率性能［７４］。Ｚｏｕ等在惰性氣氛下對ＭｎＯ進(jìn)行退火處理，成功地在ＭｎＯ中引??９??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非對稱型電化學(xué)超級(jí)電容器的研究進(jìn)展[J]. 田志宏,趙海雷,李玥,王治峰,仇衛(wèi)華.  電池. 2006(06)



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