本文關(guān)鍵詞：超級電容器隔膜與電解液的研究　出處：《吉林大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：超級電容器是一種通過極化電解質(zhì)來儲能的電化學元件，起始于20世紀七八十年代，又名雙電層電容器或電化學電容器。與傳統(tǒng)化學電源不同的是，是一種介于靜電電容器與電池之間、具有特殊性能的儲能元件，由于其儲能過程中，并不發(fā)生氧化還原反應(yīng)，具有可逆性。由于超級電容器具有充放電時間短，輸出功率密度高，循環(huán)壽命長等優(yōu)點，所以對超級電容器隔膜材料和電解液的研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。實驗主要采用美國celgard2400（聚丙烯膜），日本NKK MPF04Q-15(無紡布類),中國興邦pvdf XB-30（聚丙烯類隔膜），中國鴻圖CO2(隔膜紙類）幾種不同隔膜，注入同一有機系電解液，制作的超級電容器進行電化學測試，從而比較各類隔膜在不同電解液中的性能。其中celgard2400為隔膜，活性炭為電極的超級電容器，經(jīng)過直流充放電測試法和循環(huán)伏安測試法進行測試，容量可達3.07F,比電容可達76.15F/g，內(nèi)阻為236m，經(jīng)過千次直流充放電比電容僅衰減10%。在同一電極材料、電解液所制得超級電容器中，性能最佳。另外，實驗中將自主合成生物類隔膜，即瓊脂改性隔膜，針對瓊脂隔膜韌性差，不利于電容器的組裝和壽命等缺點，需要加入一定的改性劑，從而改善瓊脂隔膜的性能。實驗將采用PAM(聚丙烯酰胺)改善瓊脂隔膜性能，，分別加入100ppm，200ppm至1000ppm的PAM改性劑，在改性劑濃度為700ppm時，比電容可達89.67F/g，內(nèi)阻為452m，經(jīng)過千次直流充放電比電容衰減16%，改性瓊脂隔膜電化學性能達到最佳。實驗中，將幾種隔膜拍攝掃描電鏡（SEM)圖片，進行具體分析，分別注入同種水系電解液1mol/L NaCl溶液，制作超級電容器，其中以僅以無紡布隔膜制作的超級電容器性能最佳，水系電解液中離子無法通過聚丙酯和隔膜紙，無法制得超級電容器。另外實驗還將對超級電容器電解液進行細致研究，超級電容器電解液分為有機系電解液和水系電解液，選取陽離子不同、濃度同為1mol/L的NaNO3,溶液、Mg(NO3)2溶液，Al(NO3)3溶液，制得超級電容器進行直流充放電測試，注入NaNO3,電解液的超級電容器與注入Mg(NO3)2電解液、Al(NO3)3電解液的超級電容器相比，有更高的比電容和更低的內(nèi)阻值，比電容值為82.89F/g，等效串聯(lián)電阻值為168m，Mg(NO3)2電解液、Al(NO3)3電解液并不理想的超級電容器電解液。為了探究電解液中陰離子對超級電容器的影響，稱取濃度都為1mol/L的NaCl溶液、NaNO3,溶液、Na2SO4溶液作為超級電容器的電解液進行直流充放電測試Na2SO4電解液所制作的超級電容器具有最高的比電容值，達到了88.09F/g，NaCl電解液所制作的超級電容器其次，為87.74F/g，NaNO3,電解液所制作的超級電容器比電容值最低，為82.89F/g。而在超級電容器等效串聯(lián)電阻方面，NaCl電解液所制作的超級電容器等效串聯(lián)電阻最低，僅為165m，Na2SO4電解液所制作的超級電容器等效串聯(lián)電阻其次，為167m，NaNO3,電解液所制作的超級電容器等效串聯(lián)電阻最高，達到了168m，三者相差不大。分別配制濃度為0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、3mol/L、6mol/L的NaNO3,溶液作為超級電容器的電解液，制得不同的超級電容器，進行直流充放電測試，超級電容器比電容值隨著超級電容器電解液濃度的增加而增大，濃度為0.1mol/L時，比電容僅為62.58F/g，隨著電解液濃度的上升，當濃度達到1mol/L時，比容量達到了82.89F/g，之后比電容值趨于穩(wěn)定，當電解濃度達到6mol/L時，電容器比電容量略有下降，而超級電容器等效串聯(lián)電阻為下降趨勢，而當濃度達到6mol/L時，內(nèi)阻僅為152m，配制濃度均為1mol/L的LiClO4/PC與LiClO4/AN兩種電解液，在無水環(huán)境內(nèi)進行電容器組裝，進行直流充放電測試，注入LiClO4/PC電解液的超級電容器，比電容值為73.56F/g等效串聯(lián)電阻值為325m。注入LiClO4/AN電解液的超級電容器，比電容值為75.75F/g，等效串聯(lián)電阻值為234m。注入LiClO4/AN電解液的超級電容器經(jīng)過千次循環(huán)充放電過程后，衰變程度比較嚴重，千次循環(huán)衰減程度為10%，而注入PC/LiClO4電解液的超級電容器千次循環(huán)衰減程度僅為7.5%，為了進一步研究有機系電解液，實驗中將以LiClO4/PC電解液為例，分別配制濃度為0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、3mol/L、6mol/L的LiClO4/PC電解液，制成超級電容器，進行直流充放電測試，電容器的比電容值隨LiClO4濃度的增高而增大，電容器的比電容值隨LiClO4濃度的增高而增大，當LiClO4濃度達到1mol/L時，電容器的等效串聯(lián)電阻阻值最低，為325m。
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【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

【參考文獻】

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本文編號：1353643