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电化学超级电容器电极材料的研究

作　者: 刘彦芳
导　师: 张宝宏
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 应用化学
关键词: 电化学超级电容器 活性炭 氧化银 氧化铅 二氧化锰
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


电化学超级电容器是一种介于蓄电池和常规电容器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和法拉第准电容，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、交流阻抗以及透射电子显微镜等测试手段对超级电容器的电极活性物质材料进行了研究。对于碳材料，本文主要对活化方法进行了研究，结果发现用硝酸活化处理后的活性炭在浓度为7mol／L的氢氧化钾溶液中具有良好的电容性能。并且进行了硝酸的浓度实验和氨水活化时间的实验，发现容量随硝酸浓度的增加而增加，随氨水活化时间的增加而减少。由于碳基电容器正极容量远小于负极容量，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。用固相合成法制备Ag2O作为超级电容器材料，通过循环伏安与恒流充放电等测试手段对Ag2O电极及与作为负极的活性炭电极组成的电容进行分析。结果表明，在7mol·L-1KOH电解液中，Ag2O电极在0.15～0.35V（vs.Hg／HgO）的电压范围内表现出了法拉第电容特性。在不同电流密度下，电极比容量达427.3～554.9 F·g-1，Ag2O／活性炭单体电容器比电容为42.5～61.65F·g-1。同时还对正极中Ag2O的含量及导电剂对Ag2O／活性炭单体电容器性能的影响进行了研究。用固相合成法制备了α-PbO、β-PbO、PbO2和MnO2。用MnO2作为超级电容器正极电极材料，并通过在正极活性物质中加入不同的铅的氧化物探讨其对正极容量的影响。实验表明添加β-PbO的MnO2电极在7mol·L-1KOH溶液中在-0.3～0.4V（vs Hg／HgO）的电压范围内有良好的法拉第电容特性。添加2％β-PbO的MnO2电极比容量达165.7～260F·g-1，比无添加剂的MnO2电极的比容量高出62.5％，从实验数据可见，添加的配比对电化学性能的影响较大，添加量为2％时，电极具有良好的电容性能。从2000哈尔滨工程大学硕士学位论文次的循环性能看，在电流密度为somA·cm.2时，添加p一Pbo的MnOZ电极仍具有较好的循环性，容量衰减不到10%.同时，我们用活性炭做负极，二氧化锰做正极成功制备出了千法级混合超级电容器，容量可达20（）0F，比能量可达SWh飞g，循环寿命可达2万次.关键词:电化学超级电容器;活性炭;氧化银;氧化铅;二氧化锰犷

全文目录


第1章 绪论  11-27
  1．1 电化学超级电容器概述  11-17
    1．1．1 基本概念  11
    1．1．2 电化学超级电容器的原理  11-14
    1．1．3 电化学电容器的形式  14-15
    1．1．4 电化学超级电容器的特点  15-16
    1．1．5 电化学超级电容器的应用  16-17
  1．2 国内外研究现状  17-25
    1．2．1 基础研究  17-23
    1．2．2 电化学电容器的市场情况  23-25
  1．3 研究意义  25
  1．4 本文的主要工作  25-27
第2章 碳基超级电容器的研究  27-46
  2．1 碳基超级电容器双电层的形成原理  27-30
    2．1．1 双电层Stem模型及电极电位的产生  27-28
    2．1．2 活性炭的孔结构及双电层的形成  28-30
  2．2 碳基超级电容器的工作原理  30-32
    2．2．1 双电层电容  30-31
    2．2．2 附加准法拉第反应的准电容  31-32
  2．3 碳基超级电容器的类型及特点  32
  2．4 实验测试方法  32-35
    2．4．1 循环伏安实验  32-34
    2．4．2 恒电流充放电实验  34-35
    2．4．3 交流阻抗实验  35
  2．5 碳基超级电容器的基本性能研究  35-40
    2．5．1 集流体的制备  35
    2．5．2 电极制备  35-36
    2．5．3 实验结果及讨论  36-40
  2．6 碳基超级电容器的电极材料的活化研究  40-44
    2．6．1 活性炭材料的选取  40-41
    2．6．2 活性炭材料的活化处理  41
    2．6．3 实验结果及讨论  41-44
  2．7 本章小结  44-46
第3章 氧化银超级电容器的实验研究  46-53
  3．1 实验方法  46
    3．1．1 样品物理性能表征  46
    3．1．2 电极的制作与测试  46
  3．2 纳米Ag2O超级电容器的研究  46-51
    3．2．1 纳米Ag2O的制备  46
    3．2．2 纳米Ag2O粒子的形成机理  46-47
    3．2．3 Ag2O材料的结构表征  47
    3．2．4 电容性能测试  47-48
    3．2．5 电容器的组装和性能测试  48-51
  3．3 本章小结  51-53
第4章 铅氧化物作超级电容器电极材料及添加剂的研究  53-67
  4．1 实验方法  53
    4．1．1 样品物理性能表征  53
    4．1．2 电极的制备与测试  53
  4．2 α-PbO电极材料的研究  53-55
    4．2．1 纳米α-PbO的制备  53-54
    4．2．2 实验结果及其讨论  54-55
  4．3 β-PbO电极材料的研究  55-56
    4．3．1 纳米β-PbO的制备  55-56
    4．3．2 实验结果与讨论  56
  4．4 PbO_2电极材料的研究  56-59
    4．4．1 纳米PbO_2的制备  56-57
    4．4．2 样品电极的循环伏安测试  57
    4．4．3 其它制备PbO_2电极的方法  57-59
  4．5 铅的氧化物电极测试小结  59
  4．6 添加铅氧化物的MnO_2超级电容器的研究  59-64
    4．6．1 电极材料的制备  60-61
    4．6．2 电极循环伏安测试  61-62
    4．6．3 电容的测量  62-64
    4．6．4 交流阻抗测试  64
    4．6．5 循环寿命的测试  64
  4．7 电容器的组装及测试  64-65
  4．8 铅添加剂小结  65
  4．9 本章小结  65-67
第5章 千法级超大容量混合电容器的研究  67-73
  5．1 混合型电容器的研究进展  67
  5．2 千法级混合电容器的制作  67-68
  5．3 千法级超级电容器的测试  68-72
  5．4 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-80
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  80-81
致谢  81

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