研制活性炭纤维双电层电容器

摘要

利用在多孔电极上的双电层充放电过程的电能储存系统被称为双电层电容器,与普通电容器相比,它具有更大的电容量,更高的功率和更长的使用寿命.双电层电容器性能的提高主要依靠电极材料的改进.由于多孔炭材料具有成本低,比表面大,孔结构分布易控制、惰性化学表面等特征,一直是制作双电层电容器电极的首选材料.实验以市售商品活性炭和活性炭纤维为双电层电容器的电极材料,通过对电极材料活性炭纤维进行表面氧化改性、用正交实验优化电极片制作参数和方法以及改变集电体等,探索影响双电层电容器性能的主要因素.用电化学方法研究了炭电极以及所制成电容器的电性能参数,如:循环伏安曲线、电容量、内电阻、充放电性能等.此外,用自动氮吸附仪测定了电极材料的比表面积、孔容、孔径分布以及平均孔径,研究这些参数及相对应的电容器发现,比表面积不是影响电极材料比电容的唯一因素,孔径分布、孔径大小以及总孔容都是影响电容量的关键因素.通过扫描电镜对活性炭和活性炭纤维进行了形态分析,从微观上验证了中孔对比电容有重大贡献的实验结论.该课题中,用比表面积分别为1129m<'2>/g和1155m<'2>/g的ACF制作的电容器的比电容要比比表面积为855m<'2>/g的活性炭粉末制作的电容器的比电容高,高达43.87F/g,而且具有更好的循环充电稳定性.用硝酸、过硫酸胺和双氧水对活性炭纤维进行表面氧化发现,氧化不但改变活性炭纤维的表面官能团结构,而且还提高活性炭纤维的比表面积和总的孔体积.使得ACF的孔径分布发生变化,其中,8％双氧水的氧化效果最好,制备的电容器的比电容要比未氧化的ACF制作的电容器的比电容高许多.

目录

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第一章文献综述

第一节课题的背景和意义

第二节国内外研究现状、发展动态和结构描述

1.2.1双电层电容

1.2.2双电层电容器基本结构

1.2.3电极材料的种类以及性能测试方法

1.2.4电极之间的隔膜

1.2.5电解液

1.2.6集电极

1.2.7双电层电容器的两个性能参数：电容量和内阻

1.2.8双电层电容器研究进展

1.2.9应用现状及前景

第三节研究内容

1.3.1学术构想与思路

1.3.2主要研究内容及采用的手段

第二章实验原理及制备工艺

第一节测量基本原理

第二节测试条件

第三节测试步骤

2.3.1电化学测试

2.3.2充电测试

第四节双电层电容器比电容计算原理

第五节实验材料

2.5.1实验试剂

2.5.2实验仪器

2.5.3其它试验材料

第六节电容器的制备工艺

2.6.1电极片材料的制备

2.6.2制作电极片

2.6.3电解液浸泡电极片

2.6.4电池薄膜的使用

2.6.5制作电容器

第三章双电层电容器性能研究

第一节电化学测试

3.1.1循环伏安测定结果

3.1.2集电极的循环伏安曲线

3.1.3不同电极的循环伏安曲线

3.1.4交流阻抗测定结果

3.1.5交流阻抗谱图

3.1.6相位角和频率曲线

第二节影响双电层电容器比电容的因素

3.2.1电解质浓度的影响

3.2.2炭材料比表面积的影响

3.2.3炭材料表面化学的影响

3.2.4制作工艺的影响

3.2.5集电极的影响

第三节影响充放电循环的因素

3.3.1电解液

3.3.2电极材料比表面积

3.3.3炭材料表面处理

3.3.4制作方法的影响

第四章活性炭微观结构对比电容的影响

第一节活性炭材料表面结构

4.1.1活性炭材料的表面官能团

4.1.2氧化处理对表面吸附的影响

第二节活性炭材料的比表面积、孔容和孔径分布

4.2.1氮吸附等温线

4.2.2孔径和孔径分布

4.2.3电极材料氧化前后的比较

第三节扫描电镜(SEM)

4.3.1活性炭的SEM图

4.3.2活性炭纤维的微观结构

4.3.3比较结果

第五章结论

建议和展望

参考文献

致谢