本文關鍵詞：釩（錳）基氧化物納米陣列柔性準固態(tài)超級電容器的研究

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【摘要】：隨著可穿戴電子設備和微型電子器件的快速發(fā)展,儲能裝置被提出了更高的要求,尤其是用于可穿戴電子設備的柔性儲能器件被提出了更高的要求。相比于其他電化學儲能裝置,超級電容器具有快速的充放電能力,突出的循環(huán)性能和較高的功率密度,是目前最具應用前景的電化學儲能裝置之一。雖然目前以碳材料為主的基于雙電層原理的超級電容器已經得到了商業(yè)化應用,但其比容量小和能量密度低的問題亟待解決。目前對新型電極材料的結構設計、表面修飾和摻雜改性成為了提高超電容電極材料電化學性能的基本途徑。本論文設計并合成具有特定形貌的釩基和錳基氧化物超級電容器電極,通過改性和表面修飾等手段提高其電化學性能,且分別研究其在三電極體系和柔性超電容中的電化學性能及儲能機理,期望能在提高超級電容器性能方面提供若干思路。本論文主要研究內容包括：1.以10微米超薄鈦片為基底,通過改進的水熱反應得到均勻的V02納米片陣列,然后在V02納米片表面滴加葡萄糖溶液,高溫退火得到均勻的V2O3@C復合納米片陣列。碳包覆不僅可以增加金屬氧化物電極的電導率,還可以進一步減少釩的氧化物在液相電解質中的溶解,提高電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。V2O3@C復合納米片陣列電極作為工作電極進行三電極體系測試的結果表明,V2O3@C復合納米片陣列結合了納米陣列結構和碳包覆的雙重優(yōu)勢,可以極大地提高釩氧化物電極的功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性。2.以10微米超薄鈦片基底上的V2O3@C復合納米片陣列分別作為正、負電極,氯化鋰／聚乙烯醇(LiCl/PVA)凝膠作為電解質,組裝成準固態(tài)柔性薄膜超級電容器。結果表明,由相同V2O3@C納米片陣列電極及凝膠電解質構成的厚度僅為40微米的柔性薄膜超電容具有2.0 V的超高電壓窗口,擁有超高的體積能量密度(最大值15.9 m Wh cm-3)、功率密度(最大值6900 mW cm-3)以及良好的倍率和循環(huán)性能(6000次)。3.對錳的氧化物進行改性和表面修飾。以10微米超薄鈦片為基底通過水熱法合成Ni0.25Mn0.75納米棒陣列,然后表面包覆導電聚合物聚吡咯(PPy)得到Ni0.25Mn0.75O@PPy復合電極。并以Ni0.25Mn0.75O@PPy納米棒陣列為正極,超薄鈦片(10微米)基底上V2O3@C納米片陣列為負極,LiCl/PVA凝膠作為電解質,搭配成高性能準固態(tài)柔性薄膜超級電容器。結果表明,該柔性超級電容器可以得到2.4V的超高單體電壓和非常突出的體積能量密度(26.8 m Wh cm-3),同時具有較好的機械柔性。
【關鍵詞】：超級電容器 柔性 薄膜 納米陣列 V_2O_3@C Ni_(0.25)Mn_(0.75)O@PPY
【學位授予單位】：華中師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 引言11
• 1.2 超級電容器概述11-12
• 1.3 超級電容器工作原理12-13
• 1.4 超級電容器電極材料13
• 1.4.1 超級電容器電極材料的選擇要求13
• 1.4.2 常見超級電容器電極材料的優(yōu)缺點13
• 1.5 本論文的選題思想和主要內容13-16
• 第二章 超薄鈦片基底上V_2O_3@C納米片陣列的制備、性能及儲能機理16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 實驗過程及表征手段16-19
• 2.2.1 實驗所用的試劑16-17
• 2.2.2 實驗所用的儀器17
• 2.2.3 實驗過程17-18
• 2.2.4 主要表征手段18
• 2.2.5 電化學測試18-19
• 2.3 結果討論及分析19-25
• 2.3.1 V_2O_3@C納米片陣列電極的表征19-22
• 2.3.2 V_2O_3@C納米片陣列電極的碳包覆優(yōu)化22-23
• 2.3.3 優(yōu)化的V_2O_3@C納米片陣列電極的電化學性能測試23-25
• 2.4 結論25-26
• 第三章 柔性準固態(tài)V_2O_3@C//V_2O_3@C超級電容器性能研究26-33
• 3.1 引言26
• 3.2 實驗過程及表征26-28
• 3.2.1 實驗所用的藥品26-27
• 3.2.2 實驗所用的儀器27
• 3.2.3 實驗過程27
• 3.2.4 主要表征手段27
• 3.2.5 電化學測試27-28
• 3.3 結果討論與分析28-32
• 3.3.1 超薄柔性超級電容器制作過程的圖解28-29
• 3.3.2 氯化鋰/聚乙烯醇凝膠電解質電導率測試29-30
• 3.3.3 準固態(tài)柔性電容器電化學測試30-32
• 3.4 結論32-33
• 第四章 高電壓柔性準固態(tài)V_2O_3@C//Ni_(0.25)Mn_(0.75)@PPy超級電容量性能研究33-41
• 4.1 引言33
• 4.2 實驗過程及表征33-36
• 4.2.1 實驗所用的藥品33-34
• 4.2.2 實驗所用的儀器34
• 4.2.3 實驗過程34-35
• 4.2.4 主要表征手段35
• 4.2.5 電容器組裝和測試35-36
• 4.3 結果討論與分析36-40
• 4.3.1 Ni_(0.25)Mn_(0.75)O@PPy正極的電化學測試37-39
• 4.3.2 V_2O_3@C//Ni_(0.25)Mn_(0.75)O@PPy準固態(tài)全電容電化學測試39-40
• 4.4 結論40-41
• 第五章 總結41-42
• 參考文獻42-48
• 在校期間研究成果48-49
• 致謝49

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本文編號：962928