【摘要】：超級電容器具有功率密度高、充放電速率快、環(huán)境友好和超長使用壽命等優(yōu)點,是當前能源轉(zhuǎn)換和存儲領域的研究熱點。電極材料是決定超級電容器性能的關鍵因素之一,探索和研制具有高比電容、高能量密度和長循環(huán)性能的電極材料己成為促進超級電容器技術應用和發(fā)展的關鍵。目前廣泛采用的超級電容器碳基電極還存在比容量低、能量密度不足等問題,己日趨不能滿足電子器件尤其是動力設備高速發(fā)展對電源大容量、高效率的需求。摻雜改性的石墨烯復合材料具有豐富的活性位點、大的比表面積、高的比電容和高的能量密度等優(yōu)點,是超級電容器電極材料的熱門選擇。本文通過選取合適的磷、氮摻雜源與氧化石墨烯結合,制備了磷氮共摻石墨烯復合材料,并研究了其作為超級電容器電極的電化學性能。主要研究內(nèi)容如下:(1)以鄰苯二胺(OPD)為氮源、磷酸(H3P04)為磷源,通過與氧化石墨烯(GO)水熱反應得到具有三維結構的復合水凝膠,經(jīng)六水氯化鐵(FeC13.6H20)聚合再高溫碳化活化制備了多級孔磷氮共摻石墨烯/碳復合材料(P/N-GC)。該材料具有典型的層級多孔結構和高的比表面積以及相對較高的磷氮摻雜量,具有較好的超級電容性能。三電極系統(tǒng)中,P/N-GC電極材料在堿性電解液中0.5 Ag-1電流密度下質(zhì)量比電容和體積比電容分別高達440Fg-1和387.2Fcm-3,電流密度從0.5到20 Ag-1的電容保持率為62.5%,且3000次循環(huán)后仍保持96.3%初始比電容。將其組裝成對稱超級電容器器件(P/N-GC//P/N-GC),在6MKOH水性電解質(zhì)中的最高能量密度和功率密度分別為25.5Whkg-1和14960Wkg-1;在1MLiPF6有機電解質(zhì)中的能量密度和功率密度為 62.5 Wh kg-1 和 29480 W kg-1。(2)將鄰苯二胺(OPD)和羥基乙叉二膦酸(HEDP)與大孔氧化石墨烯(HGO)溶液混合,采用先水熱再高溫碳化的方法制備了氮磷摻雜大孔石墨烯/碳復合材料(N-P-HGC)。液氮等溫吸附測試表明,制備的材料具有明顯的中孔和大孔結構。這種結構有利于電解液和電極的有效接觸,同時為電解質(zhì)提供快速的離子通道,縮短了擴散路徑。組裝成三電極系統(tǒng),在1MH2S04電解液中,0.5Ag-1電流密度下,N-P-HGC-700電極比電容為334 Fg 1;即使電流密度升高至50 Ag-1時,比容仍為178.8 F g-1,比容保持率高達53.3%,表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能;5000個循環(huán)后的比容損失僅為3.8%,表現(xiàn)出很好的循環(huán)穩(wěn)定性。將N-P-HGC-700電極用PVA/H2SO4凝膠作為電解質(zhì)組裝成全固態(tài)對稱超級電容器(ASSs),在0.5 A g-1電流密度下表現(xiàn)出290 F g-1的比電容值;在349 W kg-1功率密度下表現(xiàn)出19.7 Wh kg-1的能量密度。另外,在1 M Na2SO4中性電解液里的能量密度可達29.8 Whkg-1(349Whkg-1),并在4000個循環(huán)后仍有93%的電容保持率。
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;TM53
【圖文】：

在成本相對較高、功率密度相對較低和電池組裝條件苛刻等問題。超級電容器逡逑（Ｓｕｐｅｒｃａｐａｄｔｏｒｓ）具有比傳統(tǒng)電容器更高的能量密度，比鋰離子電池更高的功率密逡逑度（如圖１．１），展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展空間和應用前景，引起了人們的極大關注，成為逡逑儲能器件領域發(fā)展的前沿熱點［５］。逡逑邐邐邐逡逑｜邋邐＾逡逑！１0３邐二－－逡逑０．０１邐０．０５邋０．１邐０．５邋１邐５邋１０邐５０１００邐５００１０００逡逑Ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋（Ｗｈ／ｋｇ）逡逑圖ｌ．ｌ不同儲能裝置Ｒａｇｏｎｅ圖逡逑１．２超級電容器逡逑１．２．１超級電容器的發(fā)展歷史與特點逡逑超級電容器，又稱雙電層電容器、黃金電容或贗電容電容器，是一種新型儲能裝逡逑置［６］。超級電容器的起源可追溯到１９５７年，Ｂｅｃｋｅｒ發(fā)表的相關專利中描述到將電荷逡逑存儲在充滿水性電解液的多孔碳電極界面雙層中，并指明這種現(xiàn)象可以產(chǎn)生于所有逡逑的固體／電解質(zhì)界面。１９６９年，美國Ｏｈｉｏ邋Ｋｅｒｒｅｙ標準石油公司（Ｓ０ＨＩ０）首次實現(xiàn)逡逑將其商業(yè)化。１９７８年由日本ＮＥＣ公司首次向市場推出商業(yè)化的標名為“Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ”逡逑的雙電層電容產(chǎn)品。同年，日本松下公司設計出以活性炭作為電極材料的雙電層電逡逑１逡逑

１．２．３．３混合型電容器逡逑混合型超級電容器又稱超級電容器一電池混合系統(tǒng)，一端是以離子吸附為主的逡逑電容器電極，另一端是以鋰離子的嵌入／插層為主的鋰離子電池電極，如圖１．４［１８１與逡逑傳統(tǒng)雙電層電容器相比，混合型電容器具有更高的能量／功率比，同時又具有快速充逡逑放電能力，在近幾年引起了研究者的廣泛關注。Ｌｉ等人采用氮（Ｎ）摻雜活性炭和硅逡逑／碳（Ｓｉ／Ｃ）電極組裝成的復合超級電容器在擁有高功率密度為１７４７邋Ｗ邋ｋｇ－１的同時，逡逑能量密度高達２３０邋Ｗｈ邋ｋｇ－１，且在１．６邋Ｖ窗口下循環(huán)８０００次的電容保持率為７６．３％［１８】。逡逑混合型電容器是一種介于超級電容器和鋰電池之間的儲能裝置，可作為現(xiàn)代電子、交逡逑通器具等行業(yè)理想的動力電源，有望成為未來儲能器件的主力軍。逡逑Ｓｉｒｔｔｄｆｙ逡逑＋邐＊邐４逡逑Ｋ邋？邋？Ｖｒ，一邋ｊ邐ｆ逡逑＼邋＊逡逑Ｘ邐Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ邋Ｈｙｂｒｉｄ逡逑＼邋？邋？逡逑＿逡逑圖１．４由雙電層電容器和鋰離子電池組成的混合裝置逡逑１．２．４超級電容器的電極材料逡逑目前

圖.毛.心.兩州為

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 陳英放;李媛媛;鄧梅根;;超級電容器的原理及應用[J];電子元件與材料;2008年04期

本文編號：2791685