碳基有机电解液双电层超级电容器的研究

摘要

电化学超级电容器是一种介于电池和静电电容之间的新型储能元件，具有功率密度比电池高，能量密度比静电电容高的优点，被认为是一种高效、实用的新型能源。利用超级电容和电池组成混合动力系统，能够很好地满足电动汽车启动、加速等高功率密度输出场合的需要。另外，超级电容还可以应用于很多领域，例如：燃料电池、移动电话、微机电路元件、小型用电器电源和直流开关电源等。活性炭因其低廉的价格、良好的性能及长久的循环寿命等优点，被用作电容器电极的活性材料。近年来碳基超级电容器已经成为研究的热点，国外已经有活性炭超级电容器产品运用在电动汽车上，因此开展超级电容器的研究对促进我国电动汽车事业的发展具有重大意义。 根据储能原理，超级电容器可分为双电层电容、法拉第准电容和混合电容三种类型。实验中采用了循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗及等效电路模拟分析等测试方法，对双电层电容器的电极制作工艺及其优化、电解质溶液的选取、电容器的组装及放大和酚醛树脂基活性炭材料的制备等问题展开了一系列研究。 实验验证，活性炭电极在浓度为1mol/L的LiPF6/EC+DMC溶液中具有良好的电容性能。重点研究了碳电极的制作工艺，考察了各个工艺条件对碳电极性能的影响，得出最佳的工艺条件并对电容器进行优化，优化后的电容器单体比容量达到31.78F/g，电压达到3V，等效串联内阻为0.12Ω，循环5000次后，比容量衰减1.26﹪，此时电容器的漏电流为1.5mA。 以银丝(Ag)为参比电极，考察活性炭单电极在有机电解液中的电化学性能，结果显示，碳基电容器的正负极在相同的电极载碳量时，比容量分别达到72.23F/g、143.83F/g，调整正负电极活性炭质量比为2：1后，组装的电容器单体比容量达到33F/g，比调整前提高3.83﹪，循环5000次后，衰减仅为0.9﹪。 成功地制备了千法拉级超大容量电容器，总电容量达到1161.95F。 以NaOH作为活化剂，酚醛树脂为原料，研究了制备活性炭的工艺过程，结果显示，电容器的比容量达到了35.68F/g，比原有活性炭材料的比容量提高了8.12﹪。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学论文原创性声明

第1章绪论

第2章超级电容器的研究及测试方法

第3章碳基有机电解液双电层电容器的制备及基本性能测试

第4章双电层电容器制作条件的优化及等效电路模拟

第5章碳电极的性能研究及千法级超大容量电容器的制作

第6章酚醛树脂基活性炭的制备及活化工艺的初步研究

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢