超级离子电容器碳/氧化镍复合气凝胶电极材料的研究

摘要

超大容量电赝电容器是一种性能介于电池和传统静电电容器之间的新概念高功率储能器件,具有功率密度大、充放电效率高、循环寿命长等特点.其中赝电容的质量电容密度比双电层电容高10-100倍.该次试验选定复合碳气凝胶作为赝电容器的电极材料,其中碳气凝胶采用新型超临界干燥设备获得,并用贱金属氧化物NiO与之复合.研究了材料制备、电容特性及其影响因素.该文的主要研究内容归纳如下:1.采用sol-gel法合成碳/氧化镍复合气凝,经过丙酮置换、二氧化碳超临界干燥、炭化等过程制成复合碳气凝胶电极.研究了热处理温度、催化剂用量、干燥方式、反应物含量、电解质溶液、Co掺杂对复合碳气凝胶电极赝电容性能的影响,探讨了凝胶组成结构.结果发现:超临界干燥将有效提高电极比电容量;以1mol/L的KOH溶液为电解液所得电容比容量可达262F/g.2.应用sol-gel法在碳气凝胶表面沉积氧化镍,热处理后制成电极,研究了其结构和电性能.结果表明:当NiO含量<30％时,电阻低且增长缓慢,其比电容量可达235F/g.3.初步研究了用烧结纳米镍的方法制备氧化镍电极.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1超级离子电容器的特点及其应用

1.2当前国内外发展概况

1.3研究目的

第二章基本原理

2.1超级离子电容器的基本原理和结构

2.1.1超级电容器基本原理

2.1.2超级电容器结构

2.2碳气凝胶的特点与应用

2.3凝胶形成机理

2.4超临界干燥的基本原理

2.5小结

第三章实验

3.1主要原材料及仪器设备

3.1.1主要化学试剂及原材料

3.1.2主要仪器设备

3.2复合碳气凝胶制备过程

3.2.1湿凝胶的制备

3.2.2三氟醋酸老化

3.2.3超临界干燥技术

3.2.4碳化工艺

3.3超级离子电容器性能参数测试

3.3.1电容量测试

3.3.2等效串联电阻测试

3.3.3漏电流测试

3.3.4分解电压测试

3.3.5循环伏安特性曲线

3.4小结

第四章复合碳气凝胶电极的研究

4.1常压干燥与超临界干燥气凝胶电极的比较

4.2催化剂用量对复合碳气凝胶电极的影响

4.3Ni(NO3)2含量对电极性能的影响

4.4有机反应物含量对凝胶的影响

4.5碳气凝胶与复合气凝胶电极性能对比

4.6炭化对气凝胶比表面积的影响

4.7复合碳气凝胶电容性的测定

4.7.1循环伏安测试

4.7.2充放电特性测试

4.8 Co掺杂

4.9热处理工艺

4.10复合气凝胶结构与赝电容机理分析

4.11小结

第五章氧化镍掺杂碳气凝胶电极的研究

5.1碳气凝胶与氧化镍复合工艺设计

5.2碳气凝胶与氧化镍复合电极材料形貌及结构

5.3复合电极超级离子电容器的性能研究

5.3.1复合电极超级电容器的等效串联电阻

5.3.2复合电极超级电容器的比电容量

5.4小结

第六章纳米镍电极的初步研究

6.1纳米镍粉烧结制备赝电容器的工艺过程

6.2电容器性能影响因素

6.2.1压力对电极性能的影响

6.2.2烧结温度对电极性能的影响

6.3小结

第七章结论与展望

7.1结论总结

7.2对今后工作的建议

参考文献

致谢