本文關(guān)鍵詞：不同電解液中活性炭電極及其超級電容器的電容性能

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【摘要】：化石燃料的供應(yīng)量受限以及氣候的變化極大地影響著世界經(jīng)濟體系和生態(tài)環(huán)境。便攜式電子設(shè)備和混合動力汽車應(yīng)用市場的迅速增長，促進了人們對環(huán)境友好型高能量資源的迫切需求。作為一種高效、清潔、可持續(xù)的能源設(shè)備，超級電容器受到了廣泛的關(guān)注。這是因為超級電容器與傳統(tǒng)電容器和電池，燃料電池相比具有功率密度高，循環(huán)壽命長，充放電速度快等優(yōu)勢。 電極材料和電解液是超級電容器的關(guān)鍵組成部分，因此能夠直接影響超級電容器的性能。金屬氫氧化物/金屬氧化物和導電聚合物（氧化還原材料）是贗電容器的電極材料，通過氧化還原反應(yīng)提供較高的電容。然而它們較高的成本以及電化學穩(wěn)定性差是限制其商業(yè)化的一個主要因素。相比而言，碳基電極材料組成的雙電層電容器卻有著更長的循環(huán)壽命。因為雙電層電容器在儲存電荷時是通過電荷的吸附/脫附過程，是一個物理過程，并不存在氧化還原反應(yīng)或者是結(jié)構(gòu)的變化。但是雙電層電容器卻有一個致命的缺點就是容量和能量密度都很低。因此，在超級電容器的制備過程中不僅要提高電容同時應(yīng)降低成本。為了提高雙電層電容器的電容，目前已經(jīng)有多種途徑可以實現(xiàn)。最近報道的提高活性炭的電容的方法就是在電解液中添加氧化還原物質(zhì)。使其在電解液和電極的表面發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，從而貢獻了贗電容。 因此本論文的研究目的就是利用低成本的活性炭材料作為電極，通過在電解液中添加氧化還原物質(zhì)來貢獻一部分贗電容來提高活性炭超級電容器的比電容和能量密度。我們所研究的具體內(nèi)容如下： 首先，以商業(yè)化活性炭作為電極材料研究了其電化學性能。研究結(jié)果表明該活性炭電極具有較好的雙電層電容特性，，活性炭，石墨和粘結(jié)劑的配比以及電極的質(zhì)量對活性炭電極的電容性能具有一定的影響。 為能夠同時提高電位窗口和比電容，將碳纖維紙/活性炭電極于不同電解液中進行研究。碳纖維紙/活性炭電極在0.1MKOH+3MKCl溶液中能夠獲得較高的電位窗口（-1V~0.4V）和比電容（230F/g）。在0.1MKOH+3MKCl混合溶液中 分別加入了0.1MK3Fe(CN)6、0.1MK4Fe(CN)6和0.05MPPD，碳纖維紙/活性炭電極的循環(huán)伏安曲線都出現(xiàn)了明顯的氧化還原峰，比電容明顯增大，比電容的值分別為355F/g，224F/g和353F/g。 組裝了四種具有不同電解液的超級電容器，進行電容性能的研究。活性炭/KOH 活性炭/KOH超級電容器在電流密度為1A/g時，比電容為37F/g，能量密度為5.1Wh/kg，功率密度496W/kg；活性炭/KOH+KCl 活性炭/KOH+KCl超級電容器能夠獲得較寬的電位窗口（0V~1.4V）比電容為40F/g，能量密度為10.9Wh/kg，功率密度為719W/kg；活性炭/KOH+K3Fe(CN)6 活性炭/KOH+K4Fe(CN)6超級電容中產(chǎn)生了贗電容，隨著鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀濃度的增加，比電容增大，當n=0.4M時達到最大值，比電容為91.7F/g，能量密度為18.34Wh/kg，功率密度為600W/kg；活性炭/KOH+KCl+K3Fe(CN)6 活性炭/KOH+KCl+PPD超級電容器實現(xiàn)了同時獲得較高的電位窗口和較高的比電容。比電容為100F/g，能量密度為31.3Wh/kg，功率密度為750W/kg。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM53

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本文編號：1220537