超級(jí)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(diǎn)作為新型的能量存儲(chǔ)器件,可用于電動(dòng)汽車等眾多領(lǐng)域。而電極材料中二元過(guò)渡金屬氧化物也在近年內(nèi)受到了廣泛關(guān)注,其擁有多種電化學(xué)活性/非活性離子、多種氧化態(tài),同時(shí)也有較好的導(dǎo)電性以及具有更多的活性位點(diǎn),然而合成擁有高能量密度、高負(fù)載、高倍率性能及長(zhǎng)循環(huán)壽命的二元過(guò)渡金屬氧化物仍有挑戰(zhàn)。這些問(wèn)題嚴(yán)重限制了二元過(guò)渡金屬氧化物的發(fā)展,不利于其進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。因此,需要探求新的方法來(lái)提升其性能。本論文將碳納米管與不同的二元過(guò)渡金屬氧化物結(jié)合,通過(guò)摻雜及硫化的方法分別對(duì)二元過(guò)渡金屬氧化物進(jìn)行系統(tǒng)地調(diào)控,結(jié)合各種表征手段獲得最佳生長(zhǎng)參數(shù),并對(duì)性能增強(qiáng)的機(jī)理進(jìn)行分析,最終獲得高比電容的二元過(guò)渡金屬氧化物電極材料和高性能的超級(jí)電容器。主要研究?jī)?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(xué)氣相沉積法（CVD）在碳布（CC）上生長(zhǎng)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(xué)性能下的摻雜比例... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

各種能量存儲(chǔ)設(shè)備的Ragone圖[1]

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文二元過(guò)渡金屬氧化物基超級(jí)電容器的儲(chǔ)能性能研究21.2超級(jí)電容器電極材料1.2.1超級(jí)電容器簡(jiǎn)介超級(jí)電容器是一種可以在電極以及電解質(zhì)界面上進(jìn)行充放電的電荷存儲(chǔ)器件。正極、隔膜、電解液、負(fù)極等組成了超級(jí)電容器（圖1-2）。其中，組成正極和負(fù)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(jí)電容器類別根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理，超級(jí)電容器可分為雙電層、贗電容和非對(duì)稱超級(jí)電容器。雙電層電容器（Electricdouble-layersupercapacitors：EDLCs）:雙電層電容器是由兩個(gè)高比表面積電極組成，當(dāng)電極浸入到電解質(zhì)中，對(duì)其充電時(shí)，吸附在電極與電解液界面的電荷，形成了雙電層。在此過(guò)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(guò)程。由于能量是通過(guò)可逆的物理現(xiàn)象存儲(chǔ)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(wàn)個(gè)循環(huán)的長(zhǎng)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(duì)雙電層界面處的空間電荷分布建模的最簡(jiǎn)單近似方法。Gouy-Chapman模型提出了擴(kuò)散層的理論表面附近溶

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文二元過(guò)渡金屬氧化物基超級(jí)電容器的儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)測(cè)得的雙電層厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于使用該模型計(jì)算得出的厚度。雖然該模型為解決問(wèn)題提供了更好的方法，但在定量應(yīng)用方面仍然有缺限。Stern修改了Gouy-Chapman模型，為了解決該缺點(diǎn)，對(duì)于擴(kuò)散層的Gouy-Chapman模型，Stern提議結(jié)合使用之前的兩個(gè)模型，以提供內(nèi)部的Stern層和外部的擴(kuò)散層[11]。其電荷存儲(chǔ)機(jī)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(guān)。因此，最大化電容器的比電容和器件的電壓窗口對(duì)于設(shè)計(jì)和制造高能量密度EDLCs至關(guān)重要[12]。EDLCs超級(jí)電容器的電容計(jì)算（正負(fù)電極相同）1=1++1(11)其中+和分別是超級(jí)電容器的正極和負(fù)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(gè)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]不同測(cè)試技術(shù)下超級(jí)電容器比電容值的計(jì)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(hào)分析[J]. 陳長(zhǎng)琦,干蜀毅,朱武,王先路.  真空. 2001(06)



本文編號(hào)：3132322