超级电池的炭基超级电容电极研究

作　者: 张洁
导　师: 袁国辉
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 铅酸电池超级电容器超级电池活性炭铅铋
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电动汽车特别是混合动力车的开发和使用在低碳技术的发展与应用中拥有举足轻重的地位,已经成为世界各国竞相开发的热点。超级电池同时具备铅酸电池的学位论文">铅酸电池和超级电容器的优势,是混合动力汽车电源的理想选择。由于炭材料电极存在与铅负极的工作区间不匹配,且在充电末期严重析氢等问题,制约了超级电池的发展。为了解决这些问题,进行了以下几方面的研究。采用机械混合法和沉积法往炭材料中掺入10%铅,考察修饰后炭材料的析氢速率性能,发现沉积相同量铅的情况下,沉积法修饰后的炭材料具有比机械混合法修饰后炭材料更低的析氢速率。结合TEM和SEM图分析可知沉积法可以将铅均匀分布于炭材料表面和孔道中,优于机械混合法。所以,选择沉积法作为炭材料的修饰方法。采用沉积法分别往活性炭中沉积不同量的铅和铋。对于铅,随着沉积量的增加,修饰后炭材料的析氢速率逐渐减小,但趋势有所放缓。对电极电势在-1.4V炭材料的析氢速率分析表明,铅沉积量超过30%后炭材料析氢速率下降不明显,所以认为30%铅是最佳修饰量。对于铋,随着沉积量的增加,炭材料的析氢速率逐渐减小,说明铋同样可以抑制炭材料析氢。此外,铅可以使炭材料的工作区间明显负移,而铋对炭材料的工作区间影响不大。将30%铅修饰的炭电极和铅负极并联制备超级电池,超级电池2C寿命比商业电池提高约2倍。在30%铅修饰炭材料的基础上,分别沉积钡和铋。结果表明,钡和铋的加入都会使30%铅修饰炭材料的析氢速率有所增加。此外,钡可以提高炭电极的循环稳定性,而铋可以提高炭电极放电容量。所以,认为适量的钡和铋对炭材料修饰有利。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-21
  1.1 引言  10
  1.2 铅酸电池的学位论文">铅酸电池  10-15
    1.2.1 铅酸电池的工作原理  10
    1.2.2 铅炭电池研究现状  10-15
  1.3 超级电容器  15-17
    1.3.1 炭基超级电容器的存储机理  15-16
    1.3.2 炭基超级电容器的优缺点  16
    1.3.3 炭基超级电容器研究现状  16-17
  1.4 超级电池  17-19
    1.4.1 超级电池结构与原理  17-19
    1.4.2 超级电池研究现状  19
  1.5 课题的意义及研究内容  19-21
第2章实验材料与实验方法  21-28
  2.1 实验材料  21
  2.2 实验仪器设备  21-22
  2.3 活性炭材料的修饰改性  22-23
    2.3.1 机械混合法  22-23
    2.3.2 化学沉积法  23
  2.4 材料的物理表征  23-24
    2.4.1 BET比表面积测试  24
    2.4.2 X射线衍射分析  24
    2.4.3 SEM测试  24
    2.4.4 TEM测试  24
  2.5 活性炭电极的制备与电化学性能测试  24-26
    2.5.1 活性炭电极的制备  24-25
    2.5.2 电化学性能测试  25-26
  2.6 非对称电容器及超级电池的制作及性能测试  26-28
    2.6.1 非对称电容器及超级电池的制作  26
    2.6.2 非对称电容器及超级电池的测试  26-28
第3章活性炭材料表征及改性方法的选择  28-40
  3.1 活性炭材料的物理特性  28-30
    3.1.1 BET比表面积及孔径分布  28-29
    3.1.2 炭材料微观形貌  29
    3.1.3 物相分析  29-30
  3.2 活性炭电极与铅负极的电化学性能  30-34
    3.2.1 炭电极的活化  30-31
    3.2.2 析氢速率比较  31-32
    3.2.3 工作区间比较  32-34
  3.3 球磨对炭材料的影响  34-35
    3.3.1 球磨炭材料的物理性质  34-35
    3.3.2 球磨炭材料电极的性能  35
  3.4 机械混合法和沉积法比较  35-39
    3.4.1 炭材料的修饰  35-36
    3.4.2 炭材料的物理特性  36-37
    3.4.3 炭材料的电化学性能  37-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章沉积铋、铅修饰活性炭材料  40-54
  4.1 沉积铋修饰活性炭材料  40-43
    4.1.1 炭材料的修饰  40
    4.1.2 炭材料的物理特性  40-41
    4.1.3 炭材料的电化学性能  41-43
  4.2 沉积硫酸铅修饰活性炭材料  43-48
    4.2.1 炭材料的修饰  43-44
    4.2.2 炭材料的物理特性  44-45
    4.2.3 炭材料的电化学性能  45-48
  4.3 超级电池性能研究  48-52
    4.3.1 非对称电器容器  48-50
    4.3.2 商业电池  50-51
    4.3.3 超级电池  51-52
  4.4 本章小结  52-54
第5章沉积铅钡、铅铋修饰活性炭  54-61
  5.1 沉积铅钡修饰活性炭材料  54-57
    5.1.1 炭材料的修饰  54
    5.1.2 炭材料的析氢速率  54-55
    5.1.3 非对称电容器的循环性能  55-57
  5.2 沉积铅铋修饰活性炭材料  57-60
    5.2.1 炭材料的修饰  57
    5.2.2 炭材料的析氢速率  57-58
    5.2.3 非对称电容器的循环性能  58-60
  5.3 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-67
攻读学位期间发表的学术论文  67-69
致谢  69

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