超級電容器因其高功率密度、快速充放電和循環(huán)性能好等優(yōu)點作為新型的能量存儲器件,可用于電動汽車等眾多領域。而電極材料中二元過渡金屬氧化物也在近年內(nèi)受到了廣泛關注,其擁有多種電化學活性/非活性離子、多種氧化態(tài),同時也有較好的導電性以及具有更多的活性位點,然而合成擁有高能量密度、高負載、高倍率性能及長循環(huán)壽命的二元過渡金屬氧化物仍有挑戰(zhàn)。這些問題嚴重限制了二元過渡金屬氧化物的發(fā)展,不利于其進一步廣泛應用。因此,需要探求新的方法來提升其性能。本論文將碳納米管與不同的二元過渡金屬氧化物結(jié)合,通過摻雜及硫化的方法分別對二元過渡金屬氧化物進行系統(tǒng)地調(diào)控,結(jié)合各種表征手段獲得最佳生長參數(shù),并對性能增強的機理進行分析,最終獲得高比電容的二元過渡金屬氧化物電極材料和高性能的超級電容器。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:（1）水熱法合成錳摻雜鉬酸鎳（MNMO）正極納米結(jié)構(gòu)。首先利用化學氣相沉積法（CVD）在碳布（CC）上生長碳納米管（CNTs）,接著結(jié)合水熱法合成不同比例的錳摻雜鉬酸鎳納米結(jié)構(gòu),系統(tǒng)地調(diào)控了錳/鎳摩爾比例（即Mn:Ni=0:1,0.1:1,0.2:1,1:1,5:1）,得到最佳的電化學性能下的摻雜比例... 

【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

各種能量存儲設備的Ragone圖[1]

蘭州大學碩士學位論文二元過渡金屬氧化物基超級電容器的儲能性能研究21.2超級電容器電極材料1.2.1超級電容器簡介超級電容器是一種可以在電極以及電解質(zhì)界面上進行充放電的電荷存儲器件。正極、隔膜、電解液、負極等組成了超級電容器（圖1-2）。其中，組成正極和負極的電極材料很豐富，例如碳材料[5]、金屬硫化物[6]、金屬氮化物[7]、金屬氧化物[8]和金屬氫氧化物[9]等。圖1-2器件示意圖。1.2.2超級電容器類別根據(jù)儲能機理，超級電容器可分為雙電層、贗電容和非對稱超級電容器。雙電層電容器（Electricdouble-layersupercapacitors：EDLCs）:雙電層電容器是由兩個高比表面積電極組成，當電極浸入到電解質(zhì)中，對其充電時，吸附在電極與電解液界面的電荷，形成了雙電層。在此過程中，不涉及電荷轉(zhuǎn)移（在電極和電解質(zhì)的界面之間），也就是不存在法拉第過程。由于能量是通過可逆的物理現(xiàn)象存儲在界面上，因此EDLCs具有快速的充電和放電速率，高的比功率以及數(shù)千至數(shù)百萬個循環(huán)的長壽命。雙電層電容器的電極材料一般為碳材料，主要有活性炭、碳納米管、碳化物衍生碳等[10]。雙電層模型如圖1-3所示，Helmholtz模型是對雙電層界面處的空間電荷分布建模的最簡單近似方法。Gouy-Chapman模型提出了擴散層的理論表面附近溶

蘭州大學碩士學位論文二元過渡金屬氧化物基超級電容器的儲能性能研究3液中的離子濃度遵循玻耳茲曼分布，然而，該模型不適用于高度充電的雙電層，這種情況下實驗測得的雙電層厚度遠遠大于使用該模型計算得出的厚度。雖然該模型為解決問題提供了更好的方法，但在定量應用方面仍然有缺限。Stern修改了Gouy-Chapman模型，為了解決該缺點，對于擴散層的Gouy-Chapman模型，Stern提議結(jié)合使用之前的兩個模型，以提供內(nèi)部的Stern層和外部的擴散層[11]。其電荷存儲機制的示意圖如1-4（a）所示。理論上，EDLCs的能量密度與比電容和電壓窗口有關。因此，最大化電容器的比電容和器件的電壓窗口對于設計和制造高能量密度EDLCs至關重要[12]。EDLCs超級電容器的電容計算（正負電極相同）1=1++1(11)其中+和分別是超級電容器的正極和負極電容[13]。則電極的質(zhì)量比容量Ce(Fg-1)為=2(12)其中是單個電極活性物質(zhì)的質(zhì)量（g）[14,15]。圖1-3EDL模型：（a）Helmholtz模型，（b）Gouy–Chapman模型，和（c）Stern模型[11]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同測試技術(shù)下超級電容器比電容值的計算[J]. 米娟,李文翠.  電源技術(shù). 2014(07)
[2]掃描電子顯微鏡成像信號分析[J]. 陳長琦,干蜀毅,朱武,王先路.  真空. 2001(06)



本文編號：3132322