本文關(guān)鍵詞：多孔碳材料的電容特性及其在鋅碳電化學(xué)儲(chǔ)能裝置中的混合儲(chǔ)能性能研究

  更多相關(guān)文章： 電容碳 電沉積鋅電極 鋅碳電化學(xué)儲(chǔ)能裝置 快速充放電

【摘要】：現(xiàn)代電子移動(dòng)設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展,對(duì)動(dòng)力電源的儲(chǔ)能密度和充放電速度提出了更高的要求。本論文針對(duì)超級(jí)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(duì)較短和充放電速度慢等問(wèn)題,提出并研究了以電沉積鋅為負(fù)極、多孔電容碳為正極的新型電化學(xué)裝置,該裝置綜合了二次電池與超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn),表現(xiàn)出了充放電速度快、比容量大和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)越的電化學(xué)性能。圍繞鋅碳電化學(xué)儲(chǔ)能裝置正負(fù)極材料特性及其電極過(guò)程,本論文的主要研究?jī)?nèi)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(guò)程,并隨后利用SEM、XRD、恒流充放電、Tafel、CV及EIS等測(cè)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(duì)電沉積鋅電極電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(guò)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(xué)性能。本論文同時(shí)利用三電極體系,借助SEM、TEM、XRD、恒流充放電、CV及EIS等測(cè)試方法考察了多種碳材料在堿性ZnO溶液中的電化學(xué)性能。研究結(jié)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(dá)312 F g-1的比電容和長(zhǎng)達(dá)10000次以上循環(huán)壽命。在此基礎(chǔ)上,本論文利用多孔碳電極與電沉積鋅電極組裝成鋅碳儲(chǔ)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(duì)其電化學(xué)性能的影響。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)表明,該電化學(xué)儲(chǔ)能裝置具有3.6 s超快充電接受能力和高達(dá)20000次以上的循環(huán)壽命。
【關(guān)鍵詞】：電容碳 電沉積鋅電極 鋅碳電化學(xué)儲(chǔ)能裝置 快速充放電
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：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(jí)電容器概述22-31
• 1.3.1 超級(jí)電容器發(fā)展現(xiàn)狀23
• 1.3.2 超級(jí)電容器的原理和分類(lèi)23-25
• 1.3.3 超級(jí)電容器的電極材料25-31
• 1.3.4 非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器概況31
• 1.4 論文選題的意義與研究?jī)?nèi)容31-33
• 1.4.1 選題目的31-32
• 1.4.2 本論文的主要研究?jī)?nèi)容32-33
• 第二章 實(shí)驗(yàn)儀器及原理33-43
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品33-34
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品33-34
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備34
• 2.2 實(shí)驗(yàn)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(fù)極的制備35
• 2.3 主要測(cè)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(jié)構(gòu)測(cè)定(BET)37
• 2.3.5 恒電流充放電法37-39
• 2.3.6 循環(huán)伏安測(cè)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(duì)電沉積鋅電極的影響45
• 3.2.2 XRD測(cè)試45-47
• 3.2.3 SEM與EDS測(cè)試47-48
• 3.3 鋅電極的電化學(xué)性質(zhì)48-53
• 3.3.1 ZnO濃度對(duì)鋅電極的影響48-50
• 3.3.2 KOH濃度對(duì)鋅電極的影響50-52
• 3.3.3 溫度對(duì)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(shù)下的CV曲線56-58
• 3.5 本章小結(jié)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(cè)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(xué)性質(zhì)63-65
• 4.3 單因素試驗(yàn)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(zhì)74-77
• 4.5 本章小結(jié)77-79
• 第五章 鋅碳電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的性能研究79-95
• 5.1 前言79-80
• 5.2 鋅碳電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的電化學(xué)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(xué)儲(chǔ)能裝置性質(zhì)84-87
• 5.3.1 鋅碳電化學(xué)儲(chǔ)能裝置壽命84-86
• 5.3.2 鋅碳電化學(xué)儲(chǔ)能裝置自放電測(cè)試86-87
• 5.4 鋅碳與碳碳超級(jí)電容器比較87-90
• 5.5 鋅碳電化學(xué)儲(chǔ)能裝置與世界上先進(jìn)的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的比較90-93
• 5.6 本章小結(jié)93-95
• 第六章 總結(jié)95-97
• 參考文獻(xiàn)97-103
• 致謝103-105
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文105-107
• 作者及導(dǎo)師簡(jiǎn)介107-108
• 附件108-109

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1055859