發(fā)布時間：2017-10-18 16:06

  本文關鍵詞：多孔碳材料的電容特性及其在鋅碳電化學儲能裝置中的混合儲能性能研究

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【摘要】：現代電子移動設備和電動汽車的快速發(fā)展,對動力電源的儲能密度和充放電速度提出了更高的要求。本論文針對超級電容器的充放電速度快但能量密度較低,而二次電池的循環(huán)壽命相對較短和充放電速度慢等問題,提出并研究了以電沉積鋅為負極、多孔電容碳為正極的新型電化學裝置,該裝置綜合了二次電池與超級電容器的優(yōu)點,表現出了充放電速度快、比容量大和循環(huán)壽命長等優(yōu)越的電化學性能。圍繞鋅碳電化學儲能裝置正負極材料特性及其電極過程,本論文的主要研究內容如下：本論文首先利用三電極體系研究了鋅離子在銅箔上的電沉積過程,并隨后利用SEM、XRD、恒流充放電、Tafel、CV及EIS等測試方法研究了KOH濃度、ZnO濃度、電解液溫度和電流密度等因素對電沉積鋅電極電化學性能的影響。實驗結果表明,適合電沉積鋅電極工作最佳的電解液組成為：6 mol L-1KOH+0.4 mol L-1ZnO,該鋅電極在20 mV s-1的掃描速度下,在1000次循環(huán)伏安過程中,其循環(huán)曲線幾乎重合在一起,表明電沉積鋅電極具有優(yōu)越的電化學性能。本論文同時利用三電極體系,借助SEM、TEM、XRD、恒流充放電、CV及EIS等測試方法考察了多種碳材料在堿性ZnO溶液中的電化學性能。研究結果表明,多孔電容碳是堿性ZnO溶液中最佳的正極材料。該碳電極在電流密度為1000 mA g-1和6 mol L-1KOH條件下,其最佳的電壓窗口為0.4-1.4 V,提供了高達312 F g-1的比電容和長達10000次以上循環(huán)壽命。在此基礎上,本論文利用多孔碳電極與電沉積鋅電極組裝成鋅碳儲能裝置,較系統(tǒng)研究了電極片厚度、電解液濃度、工作溫度等因素對其電化學性能的影響。優(yōu)化實驗表明,該電化學儲能裝置具有3.6 s超快充電接受能力和高達20000次以上的循環(huán)壽命。
【關鍵詞】：電容碳 電沉積鋅電極 鋅碳電化學儲能裝置 快速充放電
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM912;TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-33
• 1.1 引言15
• 1.2 二次電池概述15-22
• 1.2.1 鉛酸蓄電池15-16
• 1.2.2 鎳鎘電池16-17
• 1.2.3 鎳氫電池17-19
• 1.2.4 鋰離子電池19-22
• 1.3 超級電容器概述22-31
• 1.3.1 超級電容器發(fā)展現狀23
• 1.3.2 超級電容器的原理和分類23-25
• 1.3.3 超級電容器的電極材料25-31
• 1.3.4 非對稱超級電容器概況31
• 1.4 論文選題的意義與研究內容31-33
• 1.4.1 選題目的31-32
• 1.4.2 本論文的主要研究內容32-33
• 第二章 實驗儀器及原理33-43
• 2.1 實驗儀器與藥品33-34
• 2.1.1 實驗藥品33-34
• 2.1.2 實驗儀器設備34
• 2.2 實驗步驟34-35
• 2.2.1 飽和了ZnO的KOH溶液的制備34-35
• 2.2.2. 溶解了一定濃度ZnO的KOH溶液的制備35
• 2.2.3. 碳正極的制備35
• 2.2.4. 鋅負極的制備35
• 2.3 主要測試方法及其原理35-43
• 2.3.1 X射線衍射(XRD)36
• 2.3.2 透射電鏡(TEM)36
• 2.3.3 掃描電鏡(SEM)36-37
• 2.3.4. 比表面積和孔結構測定(BET)37
• 2.3.5 恒電流充放電法37-39
• 2.3.6 循環(huán)伏安測試39-40
• 2.3.7 交流阻抗40-41
• 2.3.8. 陰極極化曲線(Tafel)41-43
• 第三章 鋅電極性能研究43-59
• 3.1 引言43
• 3.2 鋅電極的制備及表征43-48
• 3.2.0 鋅電極的制備43-45
• 3.2.1 添加劑對電沉積鋅電極的影響45
• 3.2.2 XRD測試45-47
• 3.2.3 SEM與EDS測試47-48
• 3.3 鋅電極的電化學性質48-53
• 3.3.1 ZnO濃度對鋅電極的影響48-50
• 3.3.2 KOH濃度對鋅電極的影響50-52
• 3.3.3 溫度對鋅電極的影響52-53
• 3.4 鋅電極優(yōu)化后的性能53-58
• 3.4.1. 不同掃速下的CV曲線53-55
• 3.4.2. 不同電流密度下的充放電曲線55-56
• 3.4.3. 不同循環(huán)次數下的CV曲線56-58
• 3.5 本章小結58-59
• 第四章 多孔碳材料性能研究59-79
• 4.1 引言59
• 4.2 多孔碳材料的表征59-65
• 4.2.1 多孔碳的XRD測試59-60
• 4.2.2 N_2的吸附脫附和孔徑分布60-62
• 4.2.4 多孔碳的SEM與TEM圖62-63
• 4.2.5 多孔碳電極的電化學性質63-65
• 4.3 單因素試驗65-74
• 4.3.1. 不同碳材料的影響65-66
• 4.3.2 不同電壓區(qū)間66-68
• 4.3.3 不同電解液濃度68-70
• 4.3.4 不同電極片厚度70
• 4.3.5 不同多孔碳含量70-72
• 4.3.6 不同溫度72-74
• 4.4 優(yōu)化后多孔碳電極性質74-77
• 4.5 本章小結77-79
• 第五章 鋅碳電化學儲能裝置的性能研究79-95
• 5.1 前言79-80
• 5.2 鋅碳電化學儲能裝置的電化學性能研究80-84
• 5.2.1 不同正極片厚度的影響80-82
• 5.2.2 不同電解液濃度82
• 5.2.3 不同溫度82-83
• 5.2.4 不同多孔碳含量83-84
• 5.3 鋅碳電化學儲能裝置性質84-87
• 5.3.1 鋅碳電化學儲能裝置壽命84-86
• 5.3.2 鋅碳電化學儲能裝置自放電測試86-87
• 5.4 鋅碳與碳碳超級電容器比較87-90
• 5.5 鋅碳電化學儲能裝置與世界上先進的電化學儲能裝置的比較90-93
• 5.6 本章小結93-95
• 第六章 總結95-97
• 參考文獻97-103
• 致謝103-105
• 研究成果及發(fā)表的學術論文105-107
• 作者及導師簡介107-108
• 附件108-109

【參考文獻】

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本文編號：1055859