超級(jí)電容器具有充放電迅速、低碳環(huán)保、可逆性好、功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),是解決能源短缺和環(huán)境污染的重要手段之一,被廣泛關(guān)注和分析研究。硅酸鎳因?yàn)榉植紡V泛,資源豐富、氧化還原性良好和具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性,是極具潛力的超級(jí)電容器的電極材料,所以本論文以硅酸鎳為超級(jí)電容器電極材料。通過(guò)XRD、SEM、TEM和氮?dú)馕?脫附實(shí)驗(yàn)對(duì)電極材料的物相和形貌進(jìn)行表征,采用循環(huán)伏安測(cè)試、恒流充放電測(cè)試、交流阻抗測(cè)試和循環(huán)壽命測(cè)試研究電極材料的電化學(xué)性能。本論文的研究?jī)?nèi)容如下:1.硅酸鎳核殼微球電極材料本論文采用St（?）ber法制備單分散,粒徑均一,直徑約為480 nm的二氧化硅球,采用簡(jiǎn)單水熱法以二氧化硅球?yàn)楣柙春湍０逯苽淞酥睆郊s為525 nm的硅酸鎳核殼微球（SiNiOH核殼微球）電極材料。一系列物理表征表明,制備的硅酸鎳核殼微球結(jié)晶性較差,核殼結(jié)構(gòu)清晰分明,殼層由彎曲或皺折的硅酸鎳納米薄片組成,具有分層、多孔的結(jié)構(gòu),便于離子和電子的快速傳輸。利用一系列電化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究分析,硅酸鎳核殼微球具有較好的電化學(xué)性能,在0.5 A/g的電流密度下,比電容可以達(dá)到356.7 F/g,并對(duì)材料電容的貢獻(xiàn)行... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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超級(jí)電容器以及其他儲(chǔ)能裝置的Ragone曲線[2]

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文2目前的儲(chǔ)能器件主要有鋰離子電池、鈉離子電池、燃料電池和超級(jí)電容器等[3-6]。超級(jí)電容器（Supercapacitor），通常又被稱為電化學(xué)電容器，雙電層電容器或法拉第準(zhǔn)電容器。超級(jí)電容器與傳統(tǒng)的電容器儲(chǔ)能機(jī)理不同，它不是一般意義上的電路元件，它是通過(guò)電極和電解液之間的界面和電極表面或內(nèi)部進(jìn)行可逆的氧化還原反應(yīng)儲(chǔ)存電荷[7]，是一種新型、獨(dú)特的電化學(xué)儲(chǔ)能器件，它的出現(xiàn)填補(bǔ)了圖1.1中傳統(tǒng)電容器高比功率和電池的高比能量之間的空白[8]，具有獨(dú)特的與之相符的應(yīng)用場(chǎng)合。1.2超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)和種類超級(jí)電容器的簡(jiǎn)化模型如下圖1.2所示，主要由電極材料、電解液、隔膜和集流體這四部分組成[9-12]。其中電極材料由活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑三部分組成。目前主要的電極活性材料大概可以分為三類：碳材料、過(guò)渡金屬氧化物/氫氧化物/硫化物等和導(dǎo)電聚合物，它們具有儲(chǔ)存能量的作用，是超級(jí)電容器的重要組成部分。電解液主要有兩種：水系電解液和有機(jī)電解液，在電荷傳輸過(guò)程中為超級(jí)電容器提供離子。隔膜主要有纖維素膜，聚丙烯膜等，具有導(dǎo)電且防止正負(fù)極接觸導(dǎo)致短路的作用。集流體常用的有泡沫鎳、導(dǎo)電玻璃、碳布等，是活性物質(zhì)的負(fù)載基底，與外部電路連接在一起，能夠降低超級(jí)電容器器件的內(nèi)阻。圖1.2超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)示意圖Figure1.2Schematicdiagramofsupercapacitor

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文4（2）贗電容電容器贗電容電容器，又稱為法拉第準(zhǔn)電容器，是指在電極表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上，活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附/脫附或者氧化/還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生法拉第電容[16,17]。法拉第電容不僅會(huì)在電極材料表面產(chǎn)生，而且材料內(nèi)部一定范圍也會(huì)產(chǎn)生，這樣大大提高了活性材料的利用效率，因此贗電容電容器的電容量通常高達(dá)雙電層電容器的數(shù)十倍，并在能量密度方面遙遙領(lǐng)先。贗電容材料一般可分為兩類，首先是過(guò)渡金屬氧化物，如RuO2、MnO2、NiO等，這類活性物質(zhì)是充電時(shí)在外加電場(chǎng)的作用下，電解液中的離子（通常為+或）從溶液中擴(kuò)散到電極/電解液界面，通過(guò)發(fā)生界面電化學(xué)反應(yīng)：surfacexsurfaceMxHMOeHO)()(1++→++（1-1）進(jìn)入到電極表面活性物質(zhì)的體相中，當(dāng)放電時(shí)，擴(kuò)散到電極/電解液界面的離子會(huì)重新回到電解液中，同時(shí)將儲(chǔ)存的能量通過(guò)外界電路釋放出來(lái)[18]。另外一類則是導(dǎo)電聚合物，如聚苯胺、聚吡咯和聚乙烯二氧噻吩等。這類活性物質(zhì)是通過(guò)發(fā)生快速可逆的n型或p型摻雜-去摻雜氧化還原反應(yīng)從而進(jìn)行電荷儲(chǔ)存和釋放，產(chǎn)生法拉第電容完成能量?jī)?chǔ)存和釋放。從電化學(xué)的角度來(lái)看，贗電容的儲(chǔ)能機(jī)制可以分為三類，如圖1.3（b,c,d）所示，分別為欠電位沉積、氧化還原贗電容和嵌入贗電容。欠電位沉積是在兩種不同金屬之間發(fā)生的一圖1.3(a)雙電層電容器，(b)欠電位沉積，(c)氧化還原贗電容，(d)嵌入贗電容的工作原理示意圖Figure1.3Schematicdiagramof(a)electricdoublelayercapacitors,(b)underpotentialdeposition,(c)redoxpseudocapacitance,and(d)intercalationpseudocapacitance

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]石墨烯的制備及在超級(jí)電容器中的應(yīng)用[D]. 吳洪鵬.北京交通大學(xué) 2012
[2]超級(jí)電容器及其相關(guān)材料的研究[D]. 李會(huì)巧.復(fù)旦大學(xué) 2008

碩士論文
[1]聚苯胺超級(jí)電容器材料的性能研究與應(yīng)用[D]. 姚舜.安徽理工大學(xué) 2019
[2]納米結(jié)構(gòu)硅酸錳電極材料的制備與性能研究[D]. 田琛.內(nèi)蒙古大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3405237