發(fā)布時間：2020-10-30 01:12

　　 隨著儲能器件的快速發(fā)展,超級電容器越來越受到人們的不斷關注與研究。超級電容器具有可實現(xiàn)快速充放電、安全性能穩(wěn)定、高能量密度與功率密度等特點。為了研制高性能的超級電容器器件,研究與開發(fā)具備有形貌獨特,電化學性能優(yōu)異的電極材料成為超級電容器的關鍵問題。鎳基材料作為過渡金屬化合物在超級電容器電極材料的應用十分廣泛,具有高比電容量、性能穩(wěn)定、形貌特征多樣化等特點。本文從形貌、結構以及功能出發(fā),設計并成功制備了以鎳基材料為主的多種復合物電極材料。通過研究其結構、形貌、電化學性能等方面,闡述其材料的獨特優(yōu)點。主要研究內(nèi)容可概括為以下幾個方面:通過高溫高壓反應釜合成NiO/氮摻雜還原氧化石墨烯復合材料,該方法制備過程簡單高效,避免通過高溫煅燒還原氧化石墨烯納米片的過程,同時在水熱過程中,加入氨水既能夠摻雜非金屬氮元素,提高石墨烯的導電能力,又能夠通過堿性條件下對石墨烯納米片具有一定的裁剪作用,提高整體材料的比表面積,有利于復合材料在充放電過程中存儲和釋放電荷。復合材料在恒電流為1A·g-1的條件下,其放電比電容達到233 F·g-1,且經(jīng)過8000次循環(huán)壽命測試,依然能夠容量保持率達到86%,其電化學穩(wěn)定性高,可實現(xiàn)長時間的運行與操作。通過水熱法合成納米花狀Ni8-Co-P-O電極材料,改變摻雜Co元素的質量比。利用Ni、Co兩種金屬在氧化還原反應過程中的協(xié)同作用,提高電化學性能。當Ni:Co質量比為8:1時,制備的納米花狀結構Ni8-Co-P-O電化學性能最佳,在恒電流測試電流密度為1A·g-1條件下,其材料贗電容比電容達到956 F·g-1。同時為了更好的證明合成材料的商用價值,將其組裝成混合型超級電容器,窗口電壓高達1.8V。在恒電流密度為1A·g-1條件下,器件的比電容達到106F·g-1。通過化學沉積法在處理后的Ni foam上沉積納米管狀材料FeCo2O4,再通過電化學循環(huán)伏安法制備納米片CoNi2S4負載在FeCo204管壁上。通過控制電鍍反應時間,力求達到最佳的性能,并研究復合材料的形貌、結構,測試電極材料的電化學性能。SEM圖能夠清晰看到由于電鍍時間的不同的區(qū)別。TEM圖顯示納米片負載在管狀材料的管壁上,并從中看到管狀內(nèi)徑以及長度大小。在三電極體系下測量電鍍10圈條件下的復合材料,測試結果表明,在恒電流密度為5 mA·cm-2下,合成電極材料的比電容達到11.607 F·cm-2。
【學位單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB33;TM53
【部分圖文】：

安徽理工大學碩士學位論文器概述??容器簡介及結構??（Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）是一種通過極化電解質來儲存間的儲能器件，既具有傳統(tǒng)電容器特性即可以實像鋰離子電池、鉛蓄電池等儲能電池的儲能特性。ｌｍｈｏｌｔｚ提出雙電荷概念并以此建立雙電層平板模以及溶液中的剩余電荷都緊密排列在電極兩側，器的雙層結構［６］。而后，Ｃｏｎｗａｙ于１９５７－１９８１年物具有良好的容抗特性，在充放電過程中并非發(fā)應，故提出在贗電容體系下的超級電容器［Ｗ。??

１．２．２．１雙電層電化學超級電容器的工作原理??從１８５３年，科學家Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ提出雙電層模型，揭示了其本質原理，并以此??為基礎發(fā)展。雙電層超級電容器的結構如圖１．２所示，由于正負離子在固體電極和??電解液之間的表面吸附，造成兩固體電極之間的電勢差，從而實現(xiàn)能量的存儲，??值得注意的是其儲能過程僅僅發(fā)生物理變化，沒有化學反應參與其中，且充放電??過程完全可逆：充電時，在固體電極上電荷引力的作用下，電解液的陰陽離子分??別聚集在兩個固體電極表面；放電時，陰陽離子離開電極表面，返回電解液本體。??＂Ｔ１?－?＋「??：；?！?＋＿＋＿??＋?＋■＋－－?＋?＋?－?－??〔＋＿?＋＿＝１?ｉ＝?＋?＿?＝｜??＋?－?＋?－??＋?－?＋?－?＋?－?＋?－??４－?－?＋??????一?（ａ）充電?（ｂ）放電??圖１．２雙電層電容器在充放電條件下的電解質分布??Ｆｉｇ?１．２．?Ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ?ｉｎ?ｃｈａｒｇｅ?ａｎｄ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??計算雙電層超級電容器容量可采用平行板電容器公式（ｌ－ｌ）計算??ｃ＝ａ．Ｍ＾?（ｉ－ｉ）??ｄ??在這里Ｓｒ?（無量綱常數(shù)）即為相對介質電解液的常數(shù)；ＳＯ為真空介質常數(shù)；ｄ為雙??電層電容器的相對有效厚度；Ａ為電解液離子接觸到電極的有效接觸面積。根據(jù)??平板電容器計算公式，雙電層電容器的比電容大小與相對有效厚度成反比，與電??極材料的有效接觸面積成正比。根據(jù)存儲機理的研究

１．２．２．１雙電層電化學超級電容器的工作原理??從１８５３年，科學家Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ提出雙電層模型，揭示了其本質原理，并以此??為基礎發(fā)展。雙電層超級電容器的結構如圖１．２所示，由于正負離子在固體電極和??電解液之間的表面吸附，造成兩固體電極之間的電勢差，從而實現(xiàn)能量的存儲，??值得注意的是其儲能過程僅僅發(fā)生物理變化，沒有化學反應參與其中，且充放電??過程完全可逆：充電時，在固體電極上電荷引力的作用下，電解液的陰陽離子分??別聚集在兩個固體電極表面；放電時，陰陽離子離開電極表面，返回電解液本體。??＂Ｔ１?－?＋「??：；?！?＋＿＋＿??＋?＋■＋－－?＋?＋?－?－??〔＋＿?＋＿＝１?ｉ＝?＋?＿?＝｜??＋?－?＋?－??＋?－?＋?－?＋?－?＋?－??４－?－?＋??????一?（ａ）充電?（ｂ）放電??圖１．２雙電層電容器在充放電條件下的電解質分布??Ｆｉｇ?１．２．?Ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ?ｉｎ?ｃｈａｒｇｅ?ａｎｄ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??計算雙電層超級電容器容量可采用平行板電容器公式（ｌ－ｌ）計算??ｃ＝ａ．Ｍ＾?（ｉ－ｉ）??ｄ??在這里Ｓｒ?（無量綱常數(shù)）即為相對介質電解液的常數(shù)；ＳＯ為真空介質常數(shù)；ｄ為雙??電層電容器的相對有效厚度；Ａ為電解液離子接觸到電極的有效接觸面積。根據(jù)??平板電容器計算公式，雙電層電容器的比電容大小與相對有效厚度成反比，與電??極材料的有效接觸面積成正比。根據(jù)存儲機理的研究
【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

1 彭琦;劉群興;葉耀良;;鋰離子電池安全技術綜述[J];電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗;2012年02期

2 劉海晶;夏永姚;;混合型超級電容器的研究進展[J];化學進展;2011年Z1期

3 周邵云;左曉希;劉建生;張利萍;;電解液對超級電容器性能的影響[J];電池工業(yè);2009年03期

4 朱日龍;李國希;林斌;杜莉莉;鄭俊輝;;PPy/Pani復合型導電高分子超級電容器的研究[J];湖南大學學報(自然科學版);2008年03期

本文編號：2861749