隨著過去的十年中,許多便攜型、輕量型、可穿戴型新穎特性的電子元件迅速發(fā)展。為了實現(xiàn)這些設(shè)備的應(yīng)用,一種輕型的便攜式和可穿戴式電能儲存設(shè)備是必備的。關(guān)于柔性超級電容器的研究也隨之開展起來。提高能量密度一直都是對超級電容器更進一步啟著至關(guān)重要的作用。提高電極的比電容和電容器的電壓是兩個有效提高超級電容器能量密度的有效手段。根據(jù)以上思路,本論文的工作開展如下:(1)采用具有三維結(jié)構(gòu)的柔性碳布材料作為集流體,在常溫下,利用簡易的連續(xù)離子層吸附法制備NiSe_2電極材料。經(jīng)電化學(xué)測試,柔性NiSe_2電極展現(xiàn)良好的電化學(xué)性能,其質(zhì)量比電容達到了971.6 F g~(-1)(電流密度為1 A g~(-1)時)。將NiSe_2與AC電極組裝成柔性非對稱電容器,電勢窗口拓展到1.6 V。在兩電極體系下,NiSe_2//AC非對稱電容器的比電容為68 F g~(-1),能量密度也達到了25.7Wh kg~(–1)。將其進行2000次的充放電循環(huán)測試后,依然保持81.7%的比電容,表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。(2)本章利用簡單高效的電化學(xué)沉積法在室溫狀態(tài)下,成功地在柔性碳布上合成了具有高比電容的NiSe_2納米片。測試得到NiSe_2電極材料在電流密度從2 A g~(-1)提升至10 A g~(-1)時,質(zhì)量比電容從1058.5 F g~(-1)變化到996.3 F g~(-1),這可以說明所制備NiSe_2電極具有較高質(zhì)量比電容和倍率性能。再將NiSe_2電極與AC電極組裝成NiSe_2//AC非對稱電容器進行電化學(xué)測試。當(dāng)功率密度為800 W kg~(-1)時,能量密度達到32.7 Wh kg~(-1)。將其進行2000次的充放電循環(huán)測試后,依然保持86%的比電容,表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和耐用性。(3)本章通過水熱法制備出Ni_(0.85)Se三維納米薄片材料。利用涂覆法將制成Ni_(0.85)Se電極漿料,涂覆在碳布上制成柔性電極。通過電化學(xué)測試,獲得了687F g~(-1)(2497 mF cm~(-2))。分別以Ni_(0.85)Se和AC為負極材料,構(gòu)建Ni_(0.85)Se//AC柔性非對稱超級電容器。電化學(xué)結(jié)果表明,該電容器在1 A g~(-1)的電流密度下,質(zhì)量比電容達到96.3 F g~(-1)。獲得最大能量密度和功率密度分別為34.2 Wh kg~(-1)和4000W kg~(-1)。在2 A g~(-1)電流密度下充放電循環(huán)5000次,比電容保持率依然高達94%,穩(wěn)定性優(yōu)異。
【學(xué)位單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ138.13;TM53
【部分圖文】：

圖 1.1 各種儲能器件的能量密度(E)與功率密度(P)的關(guān)系圖[9]1.2 超級電容器的結(jié)構(gòu)、儲能機理以及性能評估1.2.1 超級電容器的結(jié)構(gòu)作為一種新型的儲能器件，超級電容器的結(jié)構(gòu)主要是由集流體、電極材料、電解質(zhì)和隔膜四部分組成[13, 14]，如圖 1.2 所示。其中集流體和電極材料稱為工作電極。其中集流體是電極材料的依附體，與外部電路連接，通過與電極材料的緊密結(jié)合而起到降低工作電極的接觸內(nèi)阻從而實現(xiàn)電流的大量收集。集流體還需具有耐腐蝕性，在電解質(zhì)中能夠保持化學(xué)穩(wěn)定性。作為超級電容器的重要組成部分，電極材料承擔(dān)著儲存電荷的使命，一般由比表面積大、空隙高的納米材料為主，例如，碳基材料（活性炭、碳納米管，石墨烯等）、導(dǎo)電聚合物（聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等）、金屬氧化物（RuO2、MnO2、NiO 等）和金屬硫化物（Co2S、MoS2等）。超級電容器的電解質(zhì)主要分

聚丙烯、玻璃纖維、高分子半透膜是目前隔膜主要的材料。圖 1.2 超級電容器的結(jié)構(gòu)示意圖1.2.2 超級電容器的儲能機理基于目前超級電容器的儲能機理和結(jié)構(gòu)，可以將其劃分為三類：電化學(xué)雙電層電容器（Electrical double layer capacitor）、法拉第贗電容器（FaradicPseudocapacitor）、和混合型超級電容器（Hybrid Supercapacitor）[15-17]。1.2.2.1 電化學(xué)雙電層電容器電化學(xué)雙電層電容器的儲能機理是通過具有多孔結(jié)構(gòu)的電極材料表面與電解液界面之間形成兩種帶有相反電性的電荷層，以達到儲存電能的目的[18]。圖1.3 為雙電層電容器的儲能原理圖，充電時，電解液中的陰離子向正極定向遷移排列，陽離子向負極定向遷移排列，形成了雙電層電容，達到了儲存能量的目的。放電時，正負極表面的陰陽離子的定向分布被破壞，陰陽離子擴散到電解液中，達到了釋放能量的目的[19, 20]。雙電層電容器的電容主要由其電極材料來決定。碳材料因其具有良好的電導(dǎo)率、較高的比表面積、化學(xué)穩(wěn)定性強和多孔隙結(jié)構(gòu)，成

以達到儲存電能的目的[18]。圖1.3 為雙電層電容器的儲能原理圖，充電時，電解液中的陰離子向正極定向遷移排列，陽離子向負極定向遷移排列，形成了雙電層電容，達到了儲存能量的目的。放電時，正負極表面的陰陽離子的定向分布被破壞，陰陽離子擴散到電解液中，達到了釋放能量的目的[19, 20]。雙電層電容器的電容主要由其電極材料來決定。碳材料因其具有良好的電導(dǎo)率、較高的比表面積、化學(xué)穩(wěn)定性強和多孔隙結(jié)構(gòu)，成
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本文編號：2875900