超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間的新型儲能器件,具有高功率密度、高能量密度、循環(huán)壽命長等優(yōu)點。目前,研究者們對超級電容器的研究主要集中在對高性能電極材料的制備上,目的是提高超級電容器的能量密度和功率密度,以滿足現(xiàn)代電子器件的需求。本文通過使用價格低廉的贗電容電極材料作為超級電容器材料,并結(jié)合多種材料研究測試方法和電化學(xué)研究手段,分別從晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計和氧空位方面對高比能超級電容器進行研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:1.將具有相似理化性質(zhì)的超長線狀單晶結(jié)構(gòu)V₂O₅（W-V₂O₅）和V₂O₅納米粒子（P-V₂O₅）兩種材料用以研究使贗電容增強的可能性因素。通過對其電容行為和晶體結(jié)構(gòu)的分析,我們發(fā)現(xiàn),除了討論最多的比表面積為影響因素以外,晶體結(jié)構(gòu)中晶面取向和層間間距也對電容性能產(chǎn)生很大影響。本工作合成的V₂O₅具有超長線狀單晶結(jié)構(gòu),其作為超級電容器電極材料具有以下優(yōu)勢:首... 

【文章來源】：濟南大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同的能量存儲器件Ragone圖（Ragoneplot）的示意圖[9]

碳，其具有良好的高電導(dǎo)率的電化學(xué)穩(wěn)定性和開放孔隙度[15]。而使用最廣泛的材料是活性炭，因為它具有較高的活性，而且成本低，例如活性模板和碳化物衍生碳、碳纖維和納米管等[16]。在水溶液中，雙電層電容能夠達到150-300F/g，而在較低的電池電壓范圍下，有機電解質(zhì)的電容值下降到100-120F/g，而對于未經(jīng)處理的碳納米管或納米纖維的電容大約為50-80F/g。通過在碳納米管基底中引入含氧基團，電容值能夠增加到100F/g，但是含氧基團的加入會影響其循環(huán)性�；钚蕴靠椢锞哂邢嗨频谋缺砻娣e，但價格昂貴，可以提供可觀的電容。如圖1.2為不同儲存機理的商用電容器。圖1.2不同儲存機理的商用電容器[14]1.2.2法拉第電容器法拉第電容器是介于電池和雙電層電容器之間的另一種超級電容器。在充放電過程中通過快速氧化還原反應(yīng)進行電荷遷移。電荷轉(zhuǎn)移與電池的原理相似，但法拉第電容器更多的反應(yīng)發(fā)生于電極材料與電解質(zhì)的界面處[17]。1975年，康威、伯斯、沃伊托維茨

容分為三種不同機制：（a）欠電位沉積，（b）氧化還原贗電容和（c）插入式贗電容。欠電位沉積典型的電化學(xué)現(xiàn)象是鉛對金的電吸附，是根據(jù)吸附質(zhì)和襯底之間的晶格匹配程度決定的[3]。在氧化還原贗電容的機制下，電極和電解質(zhì)之間的電荷轉(zhuǎn)移是經(jīng)過氧化還原反應(yīng)發(fā)生的，會導(dǎo)致相關(guān)元素的價態(tài)發(fā)生變化。當電子被吸收，氧化態(tài)降低時，就會發(fā)生還原反應(yīng)，而氧化反應(yīng)表明電子的釋放和氧化態(tài)的增加。特殊的是，對于首次發(fā)現(xiàn)具有贗電容性質(zhì)的氧化釕(水合氧化釕)而言，氧化還原是通過吸附電解質(zhì)中的質(zhì)子并將其釋放回電解質(zhì)而發(fā)生的，如圖1.3所示。在吸附質(zhì)子的同時，把氧化態(tài)從+4改變?yōu)?3[25]。而插入式贗電容指的是陽離子插入電極材料的晶格間隙中，在插入過程中應(yīng)有適當數(shù)量的電子轉(zhuǎn)移到主體上，以保持電極的電中性。圖1.3不同類型的法拉第電容存儲機制[26]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Effect of rGO Coating on Interconnected Co3O4 Nanosheets and Improved Supercapacitive Behavior of Co3O4/rGO/NF Architecture[J]. Tinghui Yao,Xin Guo,Shengchun Qin,Fangyuan Xia,Qun Li,Yali Li,Qiang Chen,Junshuai Li,Deyan He.  Nano-Micro Letters. 2017(04)



本文編號：3096116