發(fā)布時間：2017-08-15 09:20

  本文關(guān)鍵詞：PAN基季銨鹽凝膠聚合物電解質(zhì)的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 聚丙烯腈 季銨鹽 超級電容器 凝膠電解質(zhì) 納米SiO_2

【摘要】：超級電容器主要由電極材料、集流體、隔膜和電解液組成,作為超級電容器的重要組成部分的電解質(zhì)是極為重要的研究領(lǐng)域,不同類型的電解質(zhì)往往對超級電容器性能產(chǎn)生較大影響。凝膠聚合物電解質(zhì)超級電容器具有不漏液、安全的優(yōu)點(diǎn),適應(yīng)電器設(shè)備向小型化、超薄型化方向發(fā)展。季銨鹽類產(chǎn)品一直沿著綠色環(huán)保、易生物降解、不含APEO、甲醛等危害自然環(huán)境和人類健康的方向發(fā)展。隨著公共意識的提高,環(huán)保質(zhì)量的要求,此類產(chǎn)品不斷滿足社會發(fā)展的需求。而且季銨鹽電解質(zhì)的原料易得,生產(chǎn)工藝流程簡單,是未來凝膠聚合物電解質(zhì)鹽的一個理想方向。本文首先以聚丙烯腈(PAN)作為聚合物基體,選擇三種不同結(jié)構(gòu)的季銨鹽作為電解質(zhì)鹽:鏈狀型季銨鹽四乙基四氟硼酸銨(TEABF_4)、及環(huán)狀型季銨鹽四氟硼酸螺環(huán)季銨鹽(SBPBF_4)和雙草酸硼酸螺環(huán)季銨鹽(SBPBOB),以二甲基亞砜(DMSO)作為增塑劑,制備了三種不同的PAN基季銨鹽凝膠聚合物電解質(zhì)。將制備好的凝膠聚合物電解質(zhì)分別組裝成模擬超級電容器,采用交流阻抗(EIS)、循環(huán)伏安(CV)和充放電(GCD)等電化學(xué)測試方法對凝膠聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)性能進(jìn)行了測試分析,并且采用了紅外(FI-TR)、熱重(DG-DTG)進(jìn)行表征分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,PAN/TEABF_4凝膠聚合物電解質(zhì)本體電阻Rb最小、電導(dǎo)率最大;PAN/TEABF_4、PAN/SBPBF_4、PAN/SBPBOB凝膠聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定窗口分別為2.7V、2.6V、2.5 V;PAN/TEABF_4凝膠聚合物電解質(zhì)的綜合性能最佳,其比電容可達(dá)27.59 F/g,能量密度可達(dá)100.575 J/g,功率密度為0.675 KW/Kg,循環(huán)壽命最好。由PAN/季銨鹽凝膠聚合物電解質(zhì)的紅外光譜分析得知PAN與TEABF_4很好的復(fù)合在一起,并保持原有的分子結(jié)構(gòu);螺環(huán)季銨鹽SBPBF_4和SBPBOB相互作用對PAN結(jié)構(gòu)的影響較為明顯。由PAN/季銨鹽凝膠聚合物電解質(zhì)的TG-DTG圖可知,PAN/季銨鹽凝膠聚合物電解質(zhì)具有良好的熱穩(wěn)定性。然后,在前文基礎(chǔ)上,探討了制備PAN/TEABF_4凝膠聚合物電解質(zhì)的最佳工藝條件,并研究了加入無機(jī)填料納米SiO_2作為添加劑,以提高凝膠聚合物電解質(zhì)的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著電解質(zhì)鹽TEABF_4的添加量的增加,PAN/TEABF_4凝膠聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率、比電容、能量密度以及功率密度均有所增加,但是達(dá)到一定程度后,隨著TEABF_4添加量的增加PAN/TEABF_4凝膠聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)綜合性能反而下降,TEABF_4與PAN的最佳質(zhì)量比是mTEABF_4/mPAN=0.5;隨著靜置時間的增加PAN/TEABF_4凝膠聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)性能先增加后來開始有所下降,制備PAN/TEABF_4凝膠聚合物電解質(zhì)的最佳靜置時間為60 h;隨著納米SiO_2添加量的增加,PAN/TEABF_4/SiO_2凝膠聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率、比電容、能量密度以及功率密度均有所增加,但是達(dá)到一定程度后,隨著SiO_2添加量的增加PAN/TEABF_4/SiO_2凝膠聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)綜合性能反而下降,當(dāng)SiO_2的質(zhì)量達(dá)到0.1 g(含量約為6.25%)時達(dá)到最大之后開始有所下降。PAN/TEABF_4/SiO_2凝膠聚合物電解質(zhì)最佳比電容為33.05 F/g、充放電效率為88.6%、能量密度為148.70 J/g和功率密度為0.750 KW/Kg。而且PAN/TEABF_4/SiO_2凝膠聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性非常好,具有很好的應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：聚丙烯腈 季銨鹽 超級電容器 凝膠電解質(zhì) 納米SiO_2
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ317;TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 前言11
• 1.2 超級電容器概述11-18
• 1.2.1 基本概念11-12
• 1.2.2 超級電容器的分類及工作原理12-14
• 1.2.3 超級電容器的性能指標(biāo)14-15
• 1.2.4 超級電容器的特點(diǎn)15-16
• 1.2.5 超級電容器的應(yīng)用16-18
• 1.3 凝膠聚合物電解質(zhì)超級電容器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-26
• 1.3.1 電極材料18
• 1.3.2 凝膠聚合物電解質(zhì)18-26
• 1.4 本課題的研究目的與意義26-27
• 1.5 本文的主要工作27-29
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料和表征測試方法29-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料和實(shí)驗(yàn)儀器29-30
• 2.2 超級電容器用凝膠聚合物電解質(zhì)電化學(xué)性能的測定方法30-35
• 2.2.1 交流阻抗測試30-32
• 2.2.2 電導(dǎo)率測試32
• 2.2.3 循環(huán)伏安測試32-33
• 2.2.4 恒電流充放電測試33-35
• 2.2.5 循環(huán)性能測試35
• 2.3 PAN/季銨鹽凝膠聚合物電解質(zhì)的表征測試方法35-36
• 2.3.1 傅立葉紅外光譜測試35
• 2.3.2 熱穩(wěn)定性測試35-36
• 第三章 PAN/季銨鹽凝膠聚合物電解質(zhì)的制備與電化學(xué)性能比較36-48
• 3.1 前言36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分36-39
• 3.2.1 單螺環(huán)季銨鹽四氟硼酸螺環(huán)季銨鹽（SBPBF_4）的制備36-37
• 3.2.2 雙螺環(huán)季銨鹽雙草酸硼酸螺環(huán)季銨鹽（SBPBOB）的制備37
• 3.2.3 PAN/季銨鹽凝膠聚合物電解質(zhì)的制備37
• 3.2.4 電極制備37-38
• 3.2.5 模擬超級電容器的組裝38-39
• 3.3 結(jié)果與討論39-46
• 3.3.1 電解質(zhì)鹽對PAN/季銨鹽凝膠聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響39-40
• 3.3.2 電解質(zhì)鹽對PAN/季銨鹽凝膠聚合物電解質(zhì)循環(huán)伏安的影響40-41
• 3.3.3 電解質(zhì)鹽對PAN/季銨鹽凝膠聚合物電解質(zhì)充放電的影響41-43
• 3.3.4 循環(huán)壽命43-44
• 3.3.5 紅外光譜分析44-45
• 3.3.6 熱重分析45-46
• 3.4 小結(jié)46-48
• 第四章 PAN/TEABF_4凝膠聚合物電解質(zhì)的制備及其性能測試48-69
• 4.1 前言48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分48-49
• 4.2.1 PAN/TEABF_4凝膠聚合物電解質(zhì)的制備48-49
• 4.2.2 電極制備49
• 4.2.3 模擬超級電容器的組裝49
• 4.3 結(jié)果與討論49-66
• 4.3.1 TEABF_4與PAN的質(zhì)量配比對凝膠聚合物電解質(zhì)的影響49-54
• 4.3.2 靜置時間對PAN/TEABF_4凝膠聚合物電解質(zhì)性能的影響54-59
• 4.3.3 SiO_2的添加量對PAN/TEABF_4/SiO_2凝膠電解質(zhì)性能的影響59-66
• 4.4 本章小結(jié)66-69
• 第五章 結(jié)論與展望69-72
• 5.1 總結(jié)69-70
• 5.2 創(chuàng)新與展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-78
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文78-79
• 致謝79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：677383