【摘要】：超級電容器是指介于傳統(tǒng)電容器和化學(xué)充電電池之間的一種新型儲能器件,它有著超大的電容量可達幾千法拉,具有較高的能量密度和充放電功率,同時它的工作溫度范圍廣、循環(huán)使用壽命長、可以免維護、對環(huán)境經(jīng)濟環(huán)保、綠色等優(yōu)點,被認(rèn)為是最適宜的、對環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展的一種清潔儲能設(shè)備。隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展,能源危機日趨嚴(yán)重,迫切需要研究開發(fā)各種各樣新型能源及其儲能裝置。而超級電容器的出現(xiàn)正好為這些問題的解決提供了可能,因而受到了廣大研究人員的關(guān)注。生物質(zhì)材料,尤其是一些廢棄的生物質(zhì)材料來源廣泛,對其綜合利用不僅可以有效的緩解化石能源的短缺帶來的能源危機,而且可以減緩由于過度焚燒生物質(zhì)材料帶來的環(huán)境污染,具有良好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。本論文采用秸稈類生物質(zhì)材料為基本原料,通過對其進行活化處理,制得了相應(yīng)的活性炭材料,然后將其作為超級電容器電極材料的主要組成部分,考察了它們的應(yīng)用性能,取得了以下研究成果:1、利用小麥秸稈和聚丙烯腈(PAN)作為原料,通過靜電紡絲法結(jié)合化學(xué)碳化的方法制備了小麥秸稈碳納米纖維超級電容器電極材料。當(dāng)在聚丙烯腈(PAN)中摻雜10%小麥秸稈時,制備的納米碳纖維材料顯示了最佳的電化學(xué)性能,電流密度為0.4 A/g時,其比電容為249.0 F/g,且該材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性,在2 A/g的電流密度下,循環(huán)充放電1000次后,比電容僅比初始電容值降低了3.6%,電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能。用廢棄的生物質(zhì)資源制備優(yōu)異性能的電極材料,不僅實現(xiàn)了資源的高值化利用,而且從一定程度上解決了環(huán)境污染問題。2、利用廢棄物工業(yè)大麻桿為生物質(zhì)原材料,以不同質(zhì)量比的KOH作為化學(xué)活化劑,通過一步堿化法成功制備了三維麻桿基多孔活性碳(HM-ACs)材料。利用質(zhì)量比為3:1的KOH制備的多孔碳材料HM-AC-3表面積高達1934.26 m2/g,將其作為電極材料,表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能,在電流密度為1 A/g下,比電容可以達到1683.75 F/g,當(dāng)循環(huán)充放電10000圈,電容保持率為91.67%。以該材料組裝的HM-AC-3//HM-AC-3對稱型超級電容器具有1.6 V的寬電位窗口和16.16Wh/kg的較高能量密度。HM-ACs作為一種新型和有前景的能源材料,具有優(yōu)良的研究價值與開發(fā)潛力。3、通過操作簡單的電沉積的方法,在上一部分制備好的麻桿多孔活性碳(HM-AC)@泡沫Ni上原位生長Ni_3S_2納米片,制備了無粘結(jié)劑的Ni_3S_2/HM-AC@Ni復(fù)合電極材料。當(dāng)沉積圈數(shù)為3圈時,制得的復(fù)合材料顯示出優(yōu)異的形貌和電化學(xué)性能,在6 M KOH堿性電解液中,1 A/g的電流密度下,比電容高達2797.43 F/g。以該復(fù)合材料為正極,三維麻桿多孔活性炭(3D HM-AC)為負極,成功組裝了一種新型的全固態(tài)(ASS)不對稱超級電容器3D HM-AC//Ni_3S_2/3D HM-AC。該電容器不僅具有較寬的電壓窗口(1.2 V)和較大的電容量(267.6 F/g,1 A/g),而且具有高的能量密度(55.32 Wh/kg,1 A/g)和功率密度(1053.71 W/kg,1 A/g)以及較好的循環(huán)穩(wěn)定性(循環(huán)充放電10000次后,比電容保持率達到了83.47%),表現(xiàn)出良好的實際應(yīng)用前景。
【圖文】：

diff）。其關(guān)系為:超級電容器是基于雙電層原理的電容器，其原理如圖1.1。當(dāng)兩個電極浸入電解液中，中間用隔膜隔開以阻止電接觸時，，在充電狀態(tài)下，電解液中陰離子和陽離子分別向正極和負極移動，進而在電極-電解液的界面形成兩個雙電極，離子的分離也導(dǎo)致整個單元組件中存在一個電位差，從而實現(xiàn)能量的儲存。放電過程正好相反。由此可以得出結(jié)論：超級電容器的充放電過程是一種物理過程，電極材料和電解液之間沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是一種單純的電荷積累過程，因此性能比較穩(wěn)定。圖 1.1 雙電層電容器的電荷存儲原理Figure 1.1 Charge storage mechanism of an electric double-layer capacitor1.3.2.2 贗電容器工作原理

本文編號：2662218