本文關鍵詞：新型氧化還原活性電解液在超級電容器中的應用

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【摘要】：超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器和可充電電池之間的一種對環(huán)境友好,并且性能優(yōu)異的新型能量儲存轉化裝置,這種新型能量儲存轉化裝置不僅具備傳統(tǒng)電容器快速充放電一般優(yōu)勢,而且還增加了可充電電化學電池的能量儲存轉化性能。與傳統(tǒng)的電容器相比較后發(fā)現(xiàn),超級電容器擁有較高的功率能量密度、較理想的循環(huán)壽命、工作溫度范圍比較寬、用量大無污染等傳統(tǒng)鉛蓄電池沒有的優(yōu)點。傳統(tǒng)超級電容器主要由正極材料、負極材料以及電解液組成�？偨Y歸納大量的超級電容器電化學實驗數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),要使超級電容器擁有良好的電化學的性能,不僅要改良正負極電極材料的種類,正負極電極材料的組成,以及正負極電極材料的微觀結構(如合適的孔隙率、孔徑大小的分布、較大的比表面等),而且要優(yōu)化超級電容器組裝工藝,當然也要選擇電極材料所處的合適的電解液體系。此前針對超級電容器電化學性能的提升,大量的研究工作通常都致力新型的電極材料的研究與開發(fā),或者探索其超級電容器正負極電極材料的微觀結構與超級電容電化學性能之間的對應聯(lián)系,但對于電解液與超級電容電化學性能之間的對應聯(lián)系的研究則很少有文章進行報道。本文就是重點針對金屬氧化物作為電極材料的超級電容器與活性炭作為電極材料的超級電容器所適用的電解液體系進行了科學的研究與開發(fā),并且制備了幾種新型的氧化還原電解液體系,主要有適用于負極材料釩酸鐵的活性電解液KOH+Na2S體系,適用于大多數(shù)金屬氧化物正極材料的KOH+Na2S2O8體系,以及適用于活性炭電極的KOH+Cu(NH3)4SO4體系等。這些電解液體系都對對應電極材料的電化學性能產生了很好的促進作用,例如金屬氧化物氧化鎳電極參用KOH+Na2S2O8活性電解液體系后,在0.5 A g-1的電流密度下達到了6317.5 F g-1.其比電容在原有的基礎上增加了三倍,并且由于氧化還原活性物質的引入,會發(fā)生充電時間小于放電時間的效應,這對于超級電容器來說是一個非常好的現(xiàn)象,更難能可貴的是這種新型的電解液體系適用于大多數(shù)的正極材料,包括大多數(shù)的金屬磷化物正極材料,大多數(shù)的金屬硫化物正極材料,金屬氧化物正極材料,還包括一般的金屬釩酸鹽正極材料等。引入活性電解液后超級電容器的充放電機理與其在傳統(tǒng)的KOH電解液中的機理是不一樣的,我們發(fā)現(xiàn)KOH電解液中添加氧化還原活性物質后,電極材料與電解液接觸的表面在充放電過程中會發(fā)生額外的所添加活性物質的電子得失過程,這些反應產生的電子會大大促進電極材料本身電子的得失,從而達到提升超級電容器電化學性能的效果。實驗數(shù)據(jù)證實,為電極材料選擇合適的氧化還原活性電解液體系對超級電容器的電化學性能的改善優(yōu)化至關重要。
【關鍵詞】：超級電容器 氧化還原活性電解液 氧化還原活性物質 電極材料 電化學性能
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM53;O646
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 超級電容器電解液的概述10-12
• 1.2.1 水溶液電解液研究現(xiàn)狀綜述11
• 1.2.2 有機電解液研究現(xiàn)狀綜述11
• 1.2.3 離子液體電解液研究現(xiàn)狀綜述11-12
• 1.3 氧化還原活性電解液的研究進展12-15
• 1.3.1 氧化還原活性電解液的分類12-15
• 1.3.2 氧化還原活性電解液的主要研究進展15
• 1.4 課題的研究思路的提出及研究內容15-17
• 第2章 適用于負極材料釩酸鐵的全新活性電解液KOH+Na_2S17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 實驗條件17-18
• 2.2.1 主要的化學試劑17
• 2.2.2 實驗設備17-18
• 2.3 實驗過程18-20
• 2.3.1 釩酸鐵的制備18
• 2.3.2 活性電解液KOH+Na_2S的制備18
• 2.3.3 釩酸鐵的結構表征18-19
• 2.3.4 電化學測試19-20
• 2.4 結果與討論20-25
• 2.5 本章小結25-26
• 第3章 適用于大部分金屬氧化物電極材料的高效活性電解液KOH+Na_2S_2O_826-34
• 3.1 引言26
• 3.2 實驗條件26-27
• 3.2.1 主要的化學試劑26
• 3.2.2 實驗設備26-27
• 3.3 實驗過程27
• 3.3.1 電極材料的選擇27
• 3.3.2 活性電解液KOH+Na_2S_2O_8的制備27
• 3.4 電化學測試以及分析27-33
• 3.5 本章小結33-34
• 第4章 石墨烯釩酸鎳復合物的制備及其在全新活性電解液KOH+K_2S_2O_8中的電化學性能研究34-43
• 4.1 引言34
• 4.2 實驗條件34
• 4.2.1 主要的化學試劑34
• 4.2.2 實驗設備34
• 4.3 實驗過程34-37
• 4.3.1 電極材料的制備34-36
• 4.3.2 電極材料的結構表征36-37
• 4.3.3 活性電解液KOH+K_2S_2O_8的制備37
• 4.4 電化學測試以及分析37-42
• 4.5 本章小結42-43
• 第5章 對活性炭基超級電容器的電化學性能有促進作用的全新氧化還原電解液Cu(NH_3)_4SO_4+KOH43-49
• 5.1 引言43
• 5.2 實驗條件43
• 5.2.1 主要的化學試劑43
• 5.2.2 實驗設備43
• 5.3 實驗過程43-44
• 5.3.1 電極材料的選擇43-44
• 5.3.2 活性電解液Cu(NH_3)_4SO_4+KOH的制備44
• 5.4 電化學測試以及分析44-48
• 5.5 本章小結48-49
• 論文結論與展望49-51
• 參考文獻51-56
• 致謝56-57
• 附錄A 本人在攻讀碩士期間發(fā)表的論文57

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