本文關(guān)鍵詞：錫基金屬氧化物協(xié)同P-N結(jié)界面設(shè)計(jì)非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器　出處：《南京理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：由于化石燃料的不斷消耗以及迫在眉睫的環(huán)境問(wèn)題,新能源的高效儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化已經(jīng)引起了眾多科學(xué)家的注意。超級(jí)電容器,被認(rèn)為是一種新型的能量?jī)?chǔ)存裝置。然而,為了滿足日益提高的要求,現(xiàn)有超級(jí)電容器還需要在不損失其較高功率密度與較好循環(huán)性的同時(shí)進(jìn)一步提高其能量密度。根據(jù)能量密度計(jì)算公式E=1/2CV2,超級(jí)電容器的單位比能量(E)可以通過(guò)提高其輸出電壓(V)或者單位比電容(C)來(lái)提高。如今,大多數(shù)商業(yè)超級(jí)電容器為了實(shí)現(xiàn)高電壓窗口使用有機(jī)電解質(zhì),純化復(fù)雜且安全性差。相反,含水電解質(zhì)具有高離子電導(dǎo)率,低成本且環(huán)境友好,實(shí)際應(yīng)用更加理想。然而,含水電解質(zhì)的限制是水分解的約1.23V的有限操作電壓。為了進(jìn)一步提高基于水性電解質(zhì)的超級(jí)電容器的能量密度,加寬電壓窗口是關(guān)鍵。一種策略是選擇具有用于氫和/或氧放出的高過(guò)電位的電極材料。另一種是組合具有良好分離的電位窗的不同正電極材料和負(fù)電極材料以制造不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器,使得全電容電壓變寬。目前,由于陽(yáng)極的低電容(對(duì)于碳材料為100～200F.g-1)和較小的電壓窗(1.6～1.8V的含水電解質(zhì)),高能量和大功率非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器(ASCs)的開(kāi)發(fā)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在本文中,我們采用簡(jiǎn)單的一步水熱法獲得超薄二氧化錫納米片,利用二次水熱獲得二級(jí)結(jié)構(gòu)的二氧化錫納米顆粒復(fù)合納米片,之后通過(guò)在氬氣氛不同溫度下的退火處理可調(diào)控的制備出含量不同的一氧化錫復(fù)合二氧化錫,通過(guò)利用薄納米片以及二級(jí)結(jié)構(gòu)的高比表面積以及一氧化錫和二氧化錫兩種寬窄禁帶不同物質(zhì)的P-N結(jié)界面效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)比容量和循環(huán)穩(wěn)定性的大幅提升。其中在10mv.s-1掃描速率下,經(jīng)過(guò)熱處理后的分級(jí)氧化錫結(jié)構(gòu)比單純二氧化錫納米片從112F.g-1的比容量提升到了 540.3F.g-1這一相對(duì)較高的容量存儲(chǔ)。這種簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)過(guò)程搭配巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為超級(jí)電容器能量密度和功率密度的協(xié)調(diào)發(fā)展提供了一種新的思路。同時(shí),在本工作中我們進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單可行的一步水熱法獲得超高工作電位的缺陷氧化錳電極材料,同時(shí)匹配經(jīng)過(guò)處理后具有較大比容量的氧化錫電極材料,利用兩種氧化物分別作為正負(fù)極組裝成不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器,通過(guò)正極氧化錳主要拓寬整個(gè)全電容的工作電壓,通過(guò)處理后的氧化錫主要提升整個(gè)全電容的比容量,在結(jié)構(gòu)與匹配上綜合實(shí)現(xiàn)高能量密度與高功率密度相協(xié)調(diào)的具有優(yōu)異綜合素質(zhì)的不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器。最終利用具有高電荷存儲(chǔ)能力(342F.g-1在5 mV.s-1)的導(dǎo)電分級(jí)納米結(jié)構(gòu)SnO@SnO2陽(yáng)極和寬電位窗口工作(0～1.3 V vs.SCE)的MnO2納米片陰極合理制備出了具有高能和大功率的ASC。SnO@SnO2復(fù)合材料的分層納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)造不僅可以提供用于快速離子傳輸?shù)拇蟊砻娣e,而且可以提供用于電荷轉(zhuǎn)移的有效路徑。此外,我們的結(jié)果表明,陰極的擴(kuò)大的寬工作電位窗口確定地?cái)U(kuò)大了組裝的ASC的穩(wěn)定電壓(高達(dá)2.2V),這進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在196mW.cm-3下的體積能量密度為2.29mWh·cm-3,在 2063 mW·cm3 處顯著保持 1.08 mWh·cm-3,為推進(jìn)高性能 ASC 開(kāi)辟了新的機(jī)遇。
[Abstract]:In order to improve the energy density of super capacitor based on water electrolyte , it is very important to improve the energy density of super capacitor . In order to improve energy density of super capacitor based on water electrolyte , the high energy and high power asymmetric super capacitor ( ASCs ) can be improved .

【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TQ134.32;TM53

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