超級電容器又稱為電化學(xué)電容器,作為新型的儲能器件,具有能夠快速的充放電,較高的功率密度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性等諸多優(yōu)點。電化學(xué)電容器按儲能機理可分為碳基電極材料的雙電層電容器和具有氧化還原反應(yīng)電極材料的贗電容兩類。決定電化學(xué)電容器性能的關(guān)鍵因素之一是電極材料的使用,碳基材料具有較好的導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性,但其能量密度較低;贗電容電極材料的研究主要集中在具有商業(yè)應(yīng)用的過渡金屬氧化物上,其具有較高的理論比電容,然而單一的過渡金屬氧化物導(dǎo)電性較差。為了改善這些不足,本論文利用一步水熱和兩步水熱法合成了硫化鎳與硫化鈷復(fù)合材料以及導(dǎo)電性良好的具有新穎層狀結(jié)構(gòu)的層狀雙金屬氫氧化物（LDHs）,利用協(xié)同作用促進材料的電化學(xué)性能。論文中的主要內(nèi)容概括如下:1.本文以氯化鈷和氯化錳為原料,以生化試劑巰基乙酸和硫代巴比妥酸兩個有機硫源,通過在泡沫鎳上生長合成了具有特殊形貌的硫化物材料。2.分別利用簡單的一步水熱和兩步水熱法,在泡沫鎳上分別合成了Co₃S₄@Ni₃S₂@NF和Ni₃S₂

【文章來源】：上海師范大學(xué)上海市

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1雙電層電容器儲能機理

上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章3圖1-1雙電層電容器儲能機理1.2.3贗電容器儲能機理法拉第準(zhǔn)電容也被稱為贗電容，是電活性物質(zhì)在電極表面或體相中的二維或三維空間上進行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附/脫附的氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容[13]。贗電容通�？梢苑譃檠趸�原型贗電容和吸附型贗電容。氧化還原型贗電容是指活性物質(zhì)在準(zhǔn)二維的電化學(xué)反應(yīng)過程中發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，形成了還原態(tài)或氧化態(tài)而表現(xiàn)出的電容特性。吸附型贗電容是指活性物質(zhì)在二維的電化學(xué)反應(yīng)過程中，隨著電荷的轉(zhuǎn)移，活性物質(zhì)單分子層或類單分子層吸附或者脫附在基體上而表現(xiàn)出的電容特性[14]。這就是贗電容的儲能機理，其充放電模型如圖1-2所示。圖1-2法拉第贗電容機理圖贗電容電極材料主要分為兩類：一類為過渡金屬氧化物（如RuO2、Co3O4、MnO2等），在充電的過程中，電解液中的離子（一般為OH-或H+）在外加電場的作用下由溶液擴散到電極/電解液界面，而后通過界面電化學(xué)反應(yīng)（如下式）[15]surface-x1-surfacexe）（）（++→++HMOHMO

上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章4進入到電極表面活性氧化物的體相中；由于電極材料多采用具有較大比表面積的氧化物，因此會有大量的電荷被儲存在電極中。當(dāng)放電時這些進入氧化物體相中的離子又會重新返回到電解液中，同時所存儲的電荷通過外電路而釋放出來，這就是贗電容的充放電機理；另一類是導(dǎo)電聚合物（如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等），通過在聚合物膜中的氧化還原反應(yīng)，使其產(chǎn)生可逆的n型或p型摻雜，從而使聚合物擁有較高的電荷存儲密度以實現(xiàn)電能的儲存[16-17]。1.2.4混合型電化學(xué)電容器儲能機理由于雙電層電容和贗電容其能量儲存僅僅發(fā)生在電極材料的表面或近表面，而電池則通過體相的氧化還原反應(yīng)來儲存能量，因此電池的能量密度比雙電層電容和贗電容的要高。為了提升電容器的應(yīng)用價值，提高電容器的能量密度，一種新型的混合電化學(xué)電容器應(yīng)運而生。混合型電化學(xué)電容器主要分為三類（根據(jù)不同類型的電極材料）[18]:①由同時具有雙電層電容特征和贗電容特征的電極或者由兩種不同類型的贗電容電極材料組成；②由電容器電極和電池的電極組成；③由電解電容器的陽極和電化學(xué)電容器的陰極組成。圖1-3混合電容器儲能機理如圖1-3所示，混合型電化學(xué)電容器電極分別采用功率密度較高的“電容型”材料和能量密度較高的“電池型”材料。在充放電過程中，其正負極表現(xiàn)出不同的儲能機理，既包含雙電層電容器的特征又有電池的特征。因此，混合型電化學(xué)電容器具有電容器較高的功率密度又具有電池較大的能量密度[19-21]，成為電容器研究的熱點之一。


本文編號：2908170