發(fā)布時(shí)間：2021-04-05 01:05

　　能源和環(huán)境問(wèn)題促使研究者們不斷研究和開發(fā)可用于高性能儲(chǔ)能平臺(tái)的新型材料。在眾多的儲(chǔ)能平臺(tái)中,超級(jí)電容器由于具有功率密度高和循環(huán)壽命優(yōu)異,環(huán)境友好,安全高效等優(yōu)勢(shì),受到越來(lái)越多的關(guān)注�？蓱�(yīng)用于超級(jí)電容器的電極材料中,過(guò)渡金屬化合物因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸成為研究重點(diǎn),其作為電活性物質(zhì)時(shí)在表面和近表面發(fā)生的快速氧還反應(yīng)能夠產(chǎn)生法拉第電容,使得法拉第電容器的能量存儲(chǔ)性能遠(yuǎn)高于雙電層電容器,這一特性優(yōu)勢(shì)介于電池和傳統(tǒng)電容器之間,如何進(jìn)一步提高能量密度和循環(huán)壽命是接下來(lái)的研究重點(diǎn)。與單元過(guò)渡金屬硫化物相比,二元過(guò)渡金屬硫化物作為超級(jí)電容器電極材料時(shí)具有更好的電化學(xué)性能,這可歸因于兩相之間的協(xié)同作用,種類豐富的氧化還原反應(yīng)以及多樣化的納米結(jié)構(gòu)。在三維導(dǎo)電基底上直接生長(zhǎng)電活性材料能夠有效降低電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的電極“無(wú)效區(qū)”,提高材料的利用率,從而提高器件的能量密度,借助三維導(dǎo)電基底的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)具有獨(dú)特微結(jié)構(gòu)的電極材料,也能夠改善材料的穩(wěn)定性能。本論文從選擇各具優(yōu)勢(shì)的材料類型和設(shè)計(jì)獨(dú)特的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)出發(fā),設(shè)計(jì)制備了兩種性能優(yōu)異的新型鎳銅基超級(jí)電容器復(fù)合電極材料,主要的研究工作集中在以下幾個(gè)方面:1.通過(guò)... 

【文章來(lái)源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

谷歌學(xué)術(shù)2000年以來(lái)在超級(jí)電容器方面的研究工作數(shù)量[5]

第1章緒論3的過(guò)程使得其具有遠(yuǎn)高于電池的循環(huán)壽命。依據(jù)儲(chǔ)能原理的不同，超級(jí)電容器可以分為雙電層電容器，法拉第（贗）電容器，以及二者相結(jié)合的混合超級(jí)電容器，如圖1.2。圖1.2超級(jí)電容器的分類[18]Fig.1.2Classificationofsupercapacitors1.3.1雙電層電容器雙電層電容器（EDLC）依靠電極材料表面吸附電解質(zhì)離子產(chǎn)生的雙電層電容來(lái)存儲(chǔ)能量，當(dāng)電解液中極板帶電時(shí)，電解液中的平衡反電荷將集中形成在帶電表面附近，主要發(fā)生陰陽(yáng)離子吸脫附過(guò)程，沒有氧化還原反應(yīng)的參與，這造成了雙電層電容器優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)，這種發(fā)生在電極材料與電解質(zhì)界面的儲(chǔ)能行為不受離子擴(kuò)散速率的限制，電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)電阻可以忽略，使雙電層電容器對(duì)電流和電壓的變化響應(yīng)極快，因此能夠提供很高的功率密度[19]。如圖1.3a為雙電層電容器儲(chǔ)能機(jī)理示意圖，充電時(shí)，電子經(jīng)過(guò)外部電路由超級(jí)電容器正電極流向負(fù)電極，造成電解質(zhì)內(nèi)部陽(yáng)離子在負(fù)極聚集，陰離子為了補(bǔ)償電荷平衡聚集在正極，形成雙電層。放電期間電子從負(fù)極經(jīng)由外部電路回到正極，兩種離子再次混合直到放電終止。由于電荷僅僅存在于電極材料的表面，而不像電池材料發(fā)生離子嵌入脫出的氧化還

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4原反應(yīng)，雙電層電容器能量密度遠(yuǎn)低于電池和法拉第電容器。1.3.2法拉第（贗）電容器法拉第電容器也叫做贗電容器，儲(chǔ)能過(guò)程發(fā)生在活性材料的（近）表層區(qū)域，發(fā)生欠電位沉積或電活性物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)吸脫附或氧化還原過(guò)程[21]，這些過(guò)程是快速且高度可逆的，此反應(yīng)機(jī)理與電池材料類似，其循環(huán)伏安特性與雙電層類似，所制備的電極材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)這類超級(jí)電容器的儲(chǔ)能效率有很大影響。法拉第電容器的功率密度和循環(huán)性能對(duì)比雙電層電容器較差，但是能量密度較高。法拉第電容器通過(guò)可逆的氧化還原過(guò)程來(lái)存儲(chǔ)能量時(shí)，電極材料中的金屬陽(yáng)離子在氧化還原過(guò)程中嵌入和脫出，使電子得失發(fā)生變化。法拉第電容器的能量密度更高，通常為雙電層的10-100倍，但功率密度性能稍差于雙電層電容器[22]，Ni(OH)2是典型的法拉第電容電極材料，圖1.3b為贗電容器氧化還原過(guò)程儲(chǔ)能機(jī)理示意圖。圖1.3（a）雙電層電容器；（b）法拉第電容器的儲(chǔ)能機(jī)理示意圖[20]Fig.1.3Schematicdiagramofenergystoragemechanismof(a)electricdoublelayercapacitorand(b)faradaycapacitor1.3.3混合超級(jí)電容器按照儲(chǔ)能機(jī)制的不同，在器件中同時(shí)存在雙電層電容和法拉第電容兩種儲(chǔ)能機(jī)制的被叫做混合型超級(jí)電容器（HSC）。無(wú)論是雙電層或是法拉第（贗）電容器，均具有功率密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)。電池和電容器通常都具有正負(fù)極材料，隔膜，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]聚合物電解質(zhì)在超級(jí)電容器中的研究進(jìn)展[J]. 尋之玉,侯璞,劉旸,倪守朋,霍鵬飛.  材料工程. 2019(11)



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