隨著世界范圍內(nèi)可再生能源的高效利用和電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的迅速擴(kuò)張,可充電電池/電容器技術(shù),特別是超級(jí)電容器和堿金屬離子電池的重要性穩(wěn)步提高。在過(guò)去的幾年中,超級(jí)電容器（SCs）、鋰離子電池（LIBs）和鈉離子電池（SIBs）作為當(dāng)代三種重要的電化學(xué)儲(chǔ)能器件,具有高功率密度、高循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn),能夠滿(mǎn)足特定的應(yīng)用需求。當(dāng)下,鋰離子電池已經(jīng)占領(lǐng)了便攜式電子產(chǎn)品市場(chǎng),如手表、手機(jī)和筆記本電腦等,它們也被確定為電動(dòng)汽車(chē)和固定式能量?jī)?chǔ)存的首選能源。過(guò)渡金屬基材料由于在超級(jí)電容器電化學(xué)過(guò)程中涉及法拉第電荷的轉(zhuǎn)移過(guò)程,因而能儲(chǔ)存比碳材料更多的能量。本論文以過(guò)渡金屬化合物為研究基礎(chǔ),結(jié)合不同結(jié)構(gòu)的先進(jìn)的碳材料,利用不同的磷化工藝,制備了含碳的鎳-磷金屬化合物復(fù)合材料,并研究了其作為不同儲(chǔ)能器件電極材料的性能。在添加碳材料的同時(shí),也研究了其他摻雜元素、表面改性等其他增強(qiáng)電化學(xué)性能的方法對(duì)金屬磷化物電化學(xué)性能的影響。具體研究?jī)?nèi)容如下:（1）通過(guò)一步溶劑熱磷化反應(yīng)和超聲工藝,制備了磷化鎳-鎳@氮摻雜碳@石墨烯復(fù)合材料（Ni₂P-Ni@NC@G）。在用作超級(jí)電容器電極材料時(shí)表現(xiàn)出了卓越的電化學(xué)性... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211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】：

儲(chǔ)能器件的功率密度和能量密度圖(Muzaffar.,2019)

3其固有的可逆工作模式而具有很高的循環(huán)性（壽命），它可以根據(jù)需要存儲(chǔ)能量并為用電元件（如發(fā)光二極管、傳感器）供電。圖1-2對(duì)比了超級(jí)電容器和電池在充放電過(guò)程中的行為�？梢钥闯�，電池在電壓在很長(zhǎng)的時(shí)間間隔內(nèi)幾乎保持恒定，從而在恒流充放電過(guò)程中形成平臺(tái)曲線(xiàn)。相反，理想超級(jí)電容器在這些過(guò)程中電壓有線(xiàn)性變化。電池和超級(jí)電容器所表現(xiàn)出的這些不同的電化學(xué)行為在不同的實(shí)際情況下是有利的，因?yàn)樗鼈兛梢栽试S不同的技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，包括儲(chǔ)存的能量。相反，對(duì)于超級(jí)電容器可替代傳統(tǒng)電池的特定應(yīng)用，超級(jí)電容器的電化學(xué)特性可以通過(guò)使用贗電容材料來(lái)定制，以在類(lèi)似于“非電池類(lèi)電池”的放電過(guò)程中獲得更穩(wěn)定的電壓分布。Chen(Chen.,2017)最近回顧了電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的基本原理，重點(diǎn)澄清了一些文獻(xiàn)中的混淆，例如電容性和非電容性法拉第電荷儲(chǔ)存機(jī)制之間的差異，以及陰極和陰極（如正電子）之間的差異，在陽(yáng)極和陽(yáng)極之間（如陽(yáng)極），此外Chen還討論了贗電容的概念、起源及其與半導(dǎo)體能帶模型的關(guān)系。圖1-2超級(jí)電容器和電池裝置的恒電流充放電過(guò)程的比較，說(shuō)明：（1）tc和td分別是充放電時(shí)間；（2）vw是超級(jí)電容器的電壓，相當(dāng)于類(lèi)似于電池的開(kāi)路電壓；（3）vmax和vmin分別表示充電和放電過(guò)程結(jié)束時(shí)達(dá)到的最大和最小電壓，并且（4）ESR是等效串聯(lián)電阻(A.K.ShuklaandVijayamohanan,2000)

5圖1-3（a）采用碳電極和電極/電解液界面電壓降的雙電層電容器;不同過(guò)程導(dǎo)致的贗電容行為：（b）欠電位沉積方式（c）氧化還原贗電容機(jī)理（d）插層贗電容過(guò)程(DaSilva.,2020)贗電容存儲(chǔ)的基本過(guò)程可以大致分為三類(lèi)：首先，如圖1-3（b）所示金屬離子以高于標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位的電位在不同的金屬基底上形成單層吸附狀態(tài)時(shí)，可以證實(shí)稱(chēng)為欠電位沉積的電化學(xué)現(xiàn)象，例如(Herrero.,2001)，當(dāng)鉛沉積在金襯底的表面上時(shí)，就是典型的欠電位沉積過(guò)程。其次，如圖1-3（c），當(dāng)存在于固相中的離子（例如吸附在金屬氧化物電極的表面或表面附近）導(dǎo)致法拉第（氧化還原）過(guò)程的發(fā)生時(shí)，最典型的例子是水合二氧化釕（RuO2xH2O）電極中存在的Ru（III）/Ru（IV）態(tài)氧化還原反應(yīng)(Trasatti,1991)，而目前大多數(shù)的超級(jí)電容器原理便是基于這種贗電容反應(yīng)。最后，插入贗電容是發(fā)生在離子插入氧化還原活性材料的通道或?qū)又卸桓淖兓钚圆牧系木w結(jié)構(gòu)同時(shí)伴隨的電荷轉(zhuǎn)移（法拉第）過(guò)程。例如(Augustyn.,2013)，鋰離子插入到Nb2O5或MnO2的結(jié)構(gòu)中，但并未發(fā)生金屬原子化合價(jià)的變化，這也是一種贗電容，如圖1-3（d）。提高超級(jí)電容器能量密度（E）的一個(gè)非常有用的策略，就是制備非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器，如圖1-4（a）所示。它保持了水電解質(zhì)中電極材料的固有特性，由于電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)以此獲得更高的電池電壓。在充放電過(guò)程中，陽(yáng)極和陰極在不同的電壓窗口上工作，（因?yàn)闊o(wú)明顯重疊電壓范圍的類(lèi)電池和類(lèi)電容器電極的連接可提供具有高電容的非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器。）不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器可以用不同的結(jié)構(gòu)包括：（1）由相同的碳材料組成但具有不同厚度（質(zhì)量）的兩個(gè)電極，（2）兩個(gè)不同的碳電極，（3）使用不同的材料（例如EDLC電極和贗電容電極）

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Newly Design Porous/Sponge Red Phosphorus@Graphene and Highly Conductive Ni2P Electrode for Asymmetric Solid State Supercapacitive Device With Excellent Performance[J]. Nazish Parveen,Muhammad Hilal,Jeong In Han.  Nano-Micro Letters. 2020(02)
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博士論文
[1]碳納米管薄膜在鋰離子電池中的應(yīng)用研究[D]. 王珂.清華大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3225935