發(fā)布時(shí)間：2020-04-08 13:36

【摘要】：超級(jí)電容器作為最有潛力的儲(chǔ)能裝置之一,由于高的功率密度和較長的循環(huán)壽命而引起了越來越多的關(guān)注。鑒于近代可穿戴電子產(chǎn)品的重大突破,柔性固態(tài)超級(jí)電容器由于循環(huán)壽命長、質(zhì)量輕、便于攜帶、安全性高等在近年來蓬勃發(fā)展。然而,超級(jí)電容器由于其能量密度較低限制了在能量存儲(chǔ)方面的應(yīng)用,為解決這個(gè)問題,開發(fā)新型的電極材料是提高器件性能的關(guān)鍵。金屬有機(jī)框架材料(MOFs)作為一種由過渡金屬作為結(jié)點(diǎn)與有機(jī)配體橋聯(lián)形成的,且具有較高比表面積、合適的孔徑、孔道可調(diào)控(通過改變有機(jī)配體和金屬離子)、結(jié)構(gòu)中包含有許多開放的活性位點(diǎn)而備受關(guān)注的一種新型的多孔材料。最近,由于MOFs內(nèi)金屬陽離子為參加氧化還原反應(yīng)的電子提供了通路,且連接體促進(jìn)了框架內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移,所以越來越多的人致力于探究MOFs在能量儲(chǔ)存方面的應(yīng)用。本文主要介紹了兩種方法來解決MOFs作為電極材料但自身不導(dǎo)電的缺陷。一是通過在UiO-66中添加含氮配體(腺嘌呤),然后在不同溫度下碳化制備出氮摻雜的多孔碳;二是在不同尺寸的ZIF-8上通過電化學(xué)沉積吡咯得到雜化電極材料。然后利用多種分析手段(如:TG、XRD、XPS等)對(duì)合成的電極材料進(jìn)行了表征和測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不論是碳化,還是與其他材料復(fù)合,都能明顯改善MOFs的導(dǎo)電性。由于現(xiàn)今柔性固態(tài)超級(jí)電容器在能源存儲(chǔ)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域引起了人們的廣泛重視。鑒于此,我們也組裝并測(cè)試了對(duì)稱的柔性固態(tài)超級(jí)電容器。實(shí)驗(yàn)表明,其不論是電化學(xué)性能還是機(jī)械穩(wěn)定性,都顯示出極為優(yōu)異的性能。
【圖文】：

充電速率 受到動(dòng)力學(xué)限制 高，和放電速率一致循環(huán)壽命限制 機(jī)械穩(wěn)定性，化學(xué)可逆性 副反應(yīng)如圖1.1和1.2所示，根據(jù)電荷存儲(chǔ)機(jī)制不同，SCs主要分為雙電層電容器（Electricdouble-layer capacitors，簡寫為 EDLCs）、贗電容器（Pseudocapacitors，簡寫為 PCs）和混合型電容器（Hybrid supercapacitors，簡寫為 HSCs）[13,15]。EDLCs（圖 1.2 a）是基于離子在電極/電解液界面的靜電吸附來存儲(chǔ)能量，通常使用具有高比表面積和孔隙率的碳基材料作為電極材料[16-17]。雖然 EDLCs 可以提供高功率密度并實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，但由于碳基材料的電容相對(duì)較低，，所以它們的能量密度也比較低。PCs（圖 1.2 b）主要通過可逆的法拉第電荷轉(zhuǎn)移來存儲(chǔ)能量，其中過渡金屬氧化物（transition metal oxides

3 1.2 雙電層超級(jí)電容器（EDLCs），贗電容器（PCs）和雜化超級(jí)電容器（HSCs）的機(jī)理圖Figure 1.2 Schematic representation of (a) electrical double-layer capacitors (EDLCs), (b)pseudocapacitor (PCs) and (c) hybrid supercapacitor (HSCs)[15]1.2 雙電層超級(jí)電容器（EDLCs）和贗電容超級(jí)電容器（PCs）與傳統(tǒng)電容器類似，EDLCs 也通過電荷分離存儲(chǔ)能量，這就導(dǎo)致其形成了一電層[21]。EDLCs中的雙電層之間的間隔遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)電容器中的雙電層，導(dǎo)致EDL
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O641.4;TM53

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本文編號(hào)：2619409