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有机电解质混合超级电容器的研究

作　者: 黄柏辉
导　师: 张宝宏
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 应用化学
关键词: 混合电容器活性炭纳米二氧化锰有机电解液复合电极
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

电化学超级电容器是一种介于常规电容器和蓄电池之间的新型储能设备及器件，它具有比常规电容器更大的比能量，比蓄电池更大的比功率和循环使用寿命。利用超级电容器和电池组成混合动力系统，能够很好的满足电动汽车启动、加速等高功率密度输出场合的需要。它可以应用于很多领域，如：混合电动汽车、燃料电池、移动电话、微机等。根据储能原理，超级电容器可以分为双电层电容器、法拉第准电容器和混合电容器。电极材料主要包括碳材料、金属氧化物和导电聚合物。本文主要采用了循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗、X射线衍射以及透射电子显微镜等实验方法和测试手段对超级电容器的电极材料及电极制作工艺、电解质溶液的选取等问题进行了研究。本文首先研究了碳基电容器在有机电解液中的电化学性能，实验结果表明，当电极按活性炭：乙炔黑：LA132=90：5：5，正负极活性物质质量比为2：1时，电容器在1.0mol／LLiPF₆／EC+DMC中性能最好，比容量达27.8F／g。由于正极容量小于负极容量，所以本文主要致力于开发新的正极材料与作为负极的碳电极组成混合电容器。本文用低温固相合成法制备了纳米二氧化锰，通过测试发现纳米二氧化锰电极在有机电解液中不仅具有双电层电容特性，而且具有法拉第准电容特性。实验结果表明，不同的有机电解液对二氧化锰电极的工作电位范围有很大的影响，在1.0mol／L LiClO₄／AN电解液中的电位范围0.1～1.1V（vs．Ag），不同电流密度下，电极比容量达142.3～171.2F／g。当正极载量（二氧化锰）：负极载量（活性炭）=1：1.15时，二氧化锰／活性炭混合电容器比电容为40.3F／g，比活性炭超级电容提高了45％。添加LiCoO₂的活性炭复合电极的比容量比未添加的活性炭电极的有很大提高。以LiCoO₂：AC=70：30的复合电极为正极，活性炭电极为负极组装混合电容器，在1.0mol／L LiPF₆／EC+DMC的比容量最高达到39.6F／g，比活性炭电容器提高了42.4％。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-30
  1.1 电化学超级电容器的工作原理  10-12
    1.1.1 双电层电容器  10-12
    1.1.2 法拉第准电容器  12
  1.2 电化学超级电容器的特点及用途  12-14
    1.2.1 电化学超级电容器的特点  12-13
    1.2.2 电化学超级电容器的用途  13-14
  1.3 电化学混合超级电容器的研究现状与进展  14-28
    1.3.1 电极材料  14-18
    1.3.2 电解质  18-26
    1.3.3 电化学超级电容器的市场情况  26-28
  1.4 本论文的研究目的和意义  28-29
  1.5 本论文的主要工作  29-30
第2章超级电容器电化学性能测试方法  30-38
  2.1 循环伏安测试  30-34
    2.1.1 测试原理  30-34
    2.1.2 实验仪器和设备  34
  2.2 交流阻抗测试  34-36
  2.3 恒流充放电测试  36-37
  2.4 漏电流测试  37
  2.5 本章小结  37-38
第3章有机电解液碳基超级电容器的实验研究  38-53
  3.1 实验中的主要仪器和试剂  38-39
    3.1.1 实验中的主要仪器  38
    3.1.2 实验中的主要试剂  38-39
  3.2 有机电解液活性炭超级电容器的制备  39-40
    3.2.1 活性炭电极和有机电解液的制备  39
    3.2.2 单体电容器的组装  39-40
  3.3 碳基超级电容器的优化  40-49
    3.3.1 有机电解液实验  40-43
    3.3.2 载碳量实验  43-45
    3.3.3 粘结剂实验  45-46
    3.3.4 导电剂实验  46-48
    3.3.5 正负极活性物质质量配比实验  48-49
  3.4 优化后单体电容器的实验  49-52
    3.4.1 恒流充放电测试  49-51
    3.4.2 循环性能测试  51-52
  3.6 本章小结  52-53
第4章有机电解质 MnO_2/C混合超级电容器的研究  53-65
  4.1 二氧化锰在电解液中的反应机理  54
  4.2 二氧化锰的制备及物化性能测试  54-57
    4.2.1 二氧化锰的制备  54-55
    4.2.2 二氧化锰物化性能测试及分析  55-57
  4.3 二氧化锰超级电容特性研究  57-61
    4.3.1 二氧化锰电极的制备  57
    4.3.2 二氧化锰电极的循环伏安测试  57-58
    4.3.3 二氧化锰电极在不同电解液中的性能研究  58-61
  4.4 MnO_2/C混合超级电容器的研究  61-64
    4.4.1 电容器的组装  61-62
    4.4.2 混合电容器的性能测试  62-64
  4.5 本章小结  64-65
第5章 LiCoO_2/AC复合电极用作超级电容材料  65-72
  5.1 LiCoO_2/AC复合电极的制作  65
  5.2 混合电容器的组装及电化学性能测试  65-66
  5.3 LiCoO_2的掺杂对电容器比容量的影响  66-67
  5.4 混合电容器与 AC/AC电容器的比较  67-71
  5.5 本章小结  71-72
结论  72-74
参考文献  74-82
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  82-83
致谢  83

有机电解质混合超级电容器的研究

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