發(fā)布時間：2018-01-16 09:42

  本文關鍵詞：錫基金屬氧化物協(xié)同P-N結界面設計非對稱超級電容器　出處：《南京理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 非對稱超級電容器 一氧化錫@二氧化錫復合物 二氧化錳 拓寬工作電位 提高能量

【摘要】：由于化石燃料的不斷消耗以及迫在眉睫的環(huán)境問題,新能源的高效儲存與轉化已經引起了眾多科學家的注意。超級電容器,被認為是一種新型的能量儲存裝置。然而,為了滿足日益提高的要求,現(xiàn)有超級電容器還需要在不損失其較高功率密度與較好循環(huán)性的同時進一步提高其能量密度。根據(jù)能量密度計算公式E=1/2CV2,超級電容器的單位比能量(E)可以通過提高其輸出電壓(V)或者單位比電容(C)來提高。如今,大多數(shù)商業(yè)超級電容器為了實現(xiàn)高電壓窗口使用有機電解質,純化復雜且安全性差。相反,含水電解質具有高離子電導率,低成本且環(huán)境友好,實際應用更加理想。然而,含水電解質的限制是水分解的約1.23V的有限操作電壓。為了進一步提高基于水性電解質的超級電容器的能量密度,加寬電壓窗口是關鍵。一種策略是選擇具有用于氫和/或氧放出的高過電位的電極材料。另一種是組合具有良好分離的電位窗的不同正電極材料和負電極材料以制造不對稱超級電容器,使得全電容電壓變寬。目前,由于陽極的低電容(對于碳材料為100～200F.g-1)和較小的電壓窗(1.6～1.8V的含水電解質),高能量和大功率非對稱超級電容器(ASCs)的開發(fā)仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。在本文中,我們采用簡單的一步水熱法獲得超薄二氧化錫納米片,利用二次水熱獲得二級結構的二氧化錫納米顆粒復合納米片,之后通過在氬氣氛不同溫度下的退火處理可調控的制備出含量不同的一氧化錫復合二氧化錫,通過利用薄納米片以及二級結構的高比表面積以及一氧化錫和二氧化錫兩種寬窄禁帶不同物質的P-N結界面效應來實現(xiàn)比容量和循環(huán)穩(wěn)定性的大幅提升。其中在10mv.s-1掃描速率下,經過熱處理后的分級氧化錫結構比單純二氧化錫納米片從112F.g-1的比容量提升到了 540.3F.g-1這一相對較高的容量存儲。這種簡單的實驗過程搭配巧妙的結構設計,為超級電容器能量密度和功率密度的協(xié)調發(fā)展提供了一種新的思路。同時,在本工作中我們進一步設計了一種簡單可行的一步水熱法獲得超高工作電位的缺陷氧化錳電極材料,同時匹配經過處理后具有較大比容量的氧化錫電極材料,利用兩種氧化物分別作為正負極組裝成不對稱超級電容器,通過正極氧化錳主要拓寬整個全電容的工作電壓,通過處理后的氧化錫主要提升整個全電容的比容量,在結構與匹配上綜合實現(xiàn)高能量密度與高功率密度相協(xié)調的具有優(yōu)異綜合素質的不對稱超級電容器。最終利用具有高電荷存儲能力(342F.g-1在5 mV.s-1)的導電分級納米結構SnO@SnO2陽極和寬電位窗口工作(0～1.3 V vs.SCE)的MnO2納米片陰極合理制備出了具有高能和大功率的ASC。SnO@SnO2復合材料的分層納米結構的構造不僅可以提供用于快速離子傳輸?shù)拇蟊砻娣e,而且可以提供用于電荷轉移的有效路徑。此外,我們的結果表明,陰極的擴大的寬工作電位窗口確定地擴大了組裝的ASC的穩(wěn)定電壓(高達2.2V),這進一步實現(xiàn)在196mW.cm-3下的體積能量密度為2.29mWh·cm-3,在 2063 mW·cm3 處顯著保持 1.08 mWh·cm-3,為推進高性能 ASC 開辟了新的機遇。
[Abstract]:In order to improve the energy density of super capacitor based on water electrolyte , it is very important to improve the energy density of super capacitor . In order to improve energy density of super capacitor based on water electrolyte , the high energy and high power asymmetric super capacitor ( ASCs ) can be improved .

【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ134.32;TM53

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本文編號：1432547