本文關(guān)鍵詞：炭基雙電層電容器高電壓特性的研究

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【摘要】：雙電層電容器由于功率密度大、穩(wěn)定性好、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。但是其能量密度較低,限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用,因此,提高雙電層電容器的能量密度是目前面臨的重要課題。為獲得高能量密度,電極材料不僅應(yīng)具有較高的比電容,還應(yīng)有很好的耐高電壓特性。根據(jù)E=1/2CV2,提高操作電壓,能量密度可獲得平方倍的提高。活性炭材料由于其成本低、孔徑可控、原料來(lái)源廣等因素廣泛應(yīng)用于雙電層電容器的電極材料。本文以商品用活性炭作為電極材料,研究從兩方面入手來(lái)提高雙電層電容器的工作電壓。一是首次研究了不同溫度氫氣還原對(duì)活性炭的性能影響,從而尋找最優(yōu)的處理溫度來(lái)提高雙電層電容器的工作電壓;二是首次在有機(jī)電解液中詳細(xì)的對(duì)比了不同正負(fù)極質(zhì)量配比對(duì)電容器性能的影響,優(yōu)化正負(fù)極質(zhì)量配比,從而提高雙電層電容器的工作電壓。對(duì)活性炭材料進(jìn)行不同溫度的氫氣氣氛下高溫處理,并通過(guò)多種表征手段對(duì)其結(jié)構(gòu)和表面特性的變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明表面形貌變化微小,在600℃處理的活性炭樣品比表面積和孔體積有所提高,而經(jīng)過(guò)高溫處理的樣品比表面積和孔體積都有所降低,表面官能團(tuán)均有很大的降低�；钚蕴坎牧献鳛榛钚晕镔|(zhì)組裝成電容器,600℃處理的樣品具有較高的容量,很好的穩(wěn)定性和較高的能量密度,表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能。電壓為3.0 V時(shí)能量密度達(dá)到了19.5 Wh/kg,而未經(jīng)過(guò)處理的樣品僅僅為16.2 Wh/kg。因此,在氫氣氣氛下對(duì)活性炭材料進(jìn)行高溫處理是提高電容器在高電壓下循環(huán)壽命和能量密度的有效途徑。通過(guò)組裝正負(fù)極質(zhì)量配比分別為0.6:1,0.8:1,1:1,1.2:1,1.4:1的電容器,發(fā)現(xiàn)質(zhì)量配比為1.2:1時(shí)能夠提高雙電層電容器的各項(xiàng)電化學(xué)性能。在10 A/g的大電流充放電時(shí),2.7 V的容量保持率為76.4%,3.0 V時(shí)為68.4%,3.25 V時(shí)為59.4%,均為最高的容量保持率。通過(guò)三電極測(cè)試,可以清晰的看出正負(fù)極在充放電過(guò)程中所提供的電位存在不對(duì)稱(chēng)行為,從而為不同質(zhì)量配比的電化學(xué)性能差異提供了很好的解釋。因此,可以得出結(jié)論,通過(guò)調(diào)配質(zhì)量配比,能夠?qū)崿F(xiàn)雙電層電容器電化學(xué)性能的提升。
【關(guān)鍵詞】：雙電層電容器 活性炭 耐高電壓特性 氫氣還原 正負(fù)極質(zhì)量配比
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ424.1;TM53
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 文獻(xiàn)綜述9-26
• 1.1 引言9
• 1.2 電化學(xué)電容器的簡(jiǎn)介9-10
• 1.3 電化學(xué)電容器的工作原理10-15
• 1.3.1 雙電層電容器的工作原理11-13
• 1.3.2 贗電容電容器的工作原理13-14
• 1.3.3 混合型電容器的工作原理14-15
• 1.4 雙電層電容器電極材料的研究進(jìn)展15-21
• 1.4.1 炭基EDLCs電極材料的種類(lèi)及研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4.2 炭基EDLCs電極材料的表面有機(jī)官能團(tuán)19-21
• 1.5 雙電層電容器電解液的研究進(jìn)展21-23
• 1.5.1 水系電解液21-22
• 1.5.2 有機(jī)電解液22
• 1.5.3 離子液體22-23
• 1.5.4 聚合物電解液23
• 1.6 雙電層電容器應(yīng)用及市場(chǎng)現(xiàn)狀23-24
• 1.7 選題依據(jù)與研究?jī)?nèi)容24-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)藥品及表征方法26-34
• 2.1 原料和試劑26-27
• 2.1.1 原料的來(lái)源及性質(zhì)26
• 2.1.2 化學(xué)試劑26-27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備設(shè)備27-28
• 2.3 材料的表征方法28-30
• 2.3.1 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）28
• 2.3.2 能量色散X射線(xiàn)熒光光譜（EDX）28
• 2.3.3 高倍透射電子顯微鏡（HRTEM）28-29
• 2.3.4 拉曼光譜測(cè)試（Raman）29
• 2.3.5 比表面積和孔徑分布測(cè)試（BET）29-30
• 2.3.6 元素分析（EA）30
• 2.3.7 光電子能譜分析（XPS）30
• 2.3.8 紅外光譜分析(FTIR)30
• 2.4 雙電層電容器的組裝30-32
• 2.4.1 對(duì)稱(chēng)雙電層電容器的組裝30-31
• 2.4.2 正負(fù)極質(zhì)量非對(duì)稱(chēng)雙電層電容器的組裝31
• 2.4.3 三電極測(cè)試裝置組裝31-32
• 2.5 電化學(xué)性能測(cè)試32-34
• 第三章 氫氣還原溫度對(duì)活性炭結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 樣品的制備34-35
• 3.3 活性炭的形貌和結(jié)構(gòu)特征35-38
• 3.3.1 活性炭的形貌特征35-36
• 3.3.2 活性炭的結(jié)構(gòu)特征36-38
• 3.4 活性炭表面官能團(tuán)的變化38-41
• 3.4.1 元素分析38
• 3.4.2 表面官能團(tuán)38-41
• 3.5 活性炭電化學(xué)性能的研究41-46
• 3.5.1 恒流充放電測(cè)試41-42
• 3.5.2 循環(huán)伏安測(cè)試42-43
• 3.5.3 循環(huán)性能測(cè)試43-44
• 3.5.4 Ragone曲線(xiàn)44-45
• 3.5.5 高操作電壓對(duì)電極的影響45-46
• 3.6 本章小結(jié)46-48
• 第四章 正負(fù)極質(zhì)量配比對(duì)雙電層電容器電化學(xué)性能的影響48-59
• 4.1 引言48
• 4.2 原料的形貌和結(jié)構(gòu)特性48-50
• 4.3 電化學(xué)性能的測(cè)試50-57
• 4.3.1 恒流充放電測(cè)試50-53
• 4.3.2 循環(huán)伏安測(cè)試53-54
• 4.3.3 循環(huán)性能測(cè)試54-55
• 4.3.4 Ragone曲線(xiàn)55-56
• 4.3.5 三電極測(cè)試56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第五章 結(jié)論與展望59-61
• 5.1 主要結(jié)論59-60
• 5.2 工作展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-71
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明71-72
• 致謝72-73

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