超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究

大连理工大学硕士学位论文超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究姓名：农谷珍申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：李文翠20090601超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究作者：农谷珍学位授予单位：大连理工大学相似文献(10条)1.期刊论文李晶.赖延清.李颉.刘业翔.LIJing.LAIYanqing.LIJie.LIUYexiang导电聚苯胺电极材料在超级电容器中的应用及研究进展-材料导报2006,20(12)超级电容器用导电聚苯胺电极材料具有高比容量、化学稳定性好、价格低廉等优点,目前已成为超级电容器研究的一个新方向.简述了导电聚苯胺的制备与储能机理,从纯聚苯胺电极材料、¨离子掺杂聚苯胺电极材料、C/聚苯胺复合电极材料、聚苯胺混杂型电容器以及聚苯胺全固态超级电容器5个方面详细论述了导电聚苯胺电极材料在超级电容器中的具体应用,并对聚苯胺今后的发展方向给予了评论.2.学位论文王彦鹏电化学超级电容器复合电极材料的制备与研究2007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、长循环使用寿命长和使用温度范围宽等特点，它在混合电动汽车、移动电话、微机等众多领域内有广泛应用前景。根据储能原理，电化学超级电容器可以分为双电层电容器和法拉第准电容器，其电极材料主要有碳材料、金属氧化物和导电聚合物等。在电化学超级电容器的研究中，其电极材料的研究更加引人注目。本论文综述了电化学超级电容器及其电极材料的最新研究进展，并制备了复合电极材料，利用XRD，SEM和TEM等技术对电极材料的微观结构和形貌进行了分析，并采用恒电流充放电、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等技术测试其电化学性能。全文共分五章，主要内容概括如下：第一章：概述了电化学电容器的储能机理、特点及应用前景，重点介绍了电化学超级电容器的电极材料——碳基材料、金属氧化物和导电聚合物等方面的最新研究进展。第二章：对本论文涉及的电化学测试方法，即循环伏安法(CV)、恒电流充放电和交流阻抗法(EIS)的概念、原理及数据分析作了概述和讨论。第三章：以13X型分子筛为载体，采用液相沉淀方法合成两种分子筛基金属氢氧化物复合电极材料——Co(OH),2/13X和Ni(OH),2/13X。用XRD、SEM对两种复合电极材料的结构和形貌进行了表征，结果显示，氢氧化物生长在13X型分子筛表面，相应的晶型分别是β-Co(OH),2和α-Ni(OH),2；循环伏安测试表明，两种复合电极材料的电极反应具有良好的可逆性，循环伏安图呈“平行四边形”状，氧化-还原峰明显，适宜用作电化学超级电容器的电极材料；恒电流充放电结果显示：复合电极材料Co(OH),2/13X和Ni(OH),2/13X分别达到具有176F/g和134.2F/g的比电容。第四章：利用接枝羧基淀粉对金属离子的强吸附性能，合成了接枝羧基淀粉氢氧化物电极材料——Ni(OH),2/CISC和Co(OH),2/CISC。用热重分析、透射电镜、XRD、红外光谱等对它们的组成、结构、形貌和热稳定性进行分析和研究。通过循环伏安法(CV)、恒电流充放电对两种复合电极材料进行电化学性能测试。结果表明，两种复合电极材料的电极反应具有良好的可逆性，适宜用作电化学超级电容器的电极材料：恒电流充放电结果显示，复合电极物材料Co(OH),2/CISC和Ni(OH),2/CISC的比电容分别达到147F/g和115F/g。第五章：选择电导率高的聚苯胺作为壳层材料，与采用均相沉淀法制备CeO,2纳米粒子复合，在十二烷基苯磺酸钠中分散均匀后，用乳液聚合法，制成核壳式纳米复合电极材料。用热重分析、SEM、XRD、FIRT等对复合电极材料的组成、结构、形貌和热稳定性进行分析和研究。3.会议论文史军军.秦学聚苯胺在超级电容器电极材料方面的应用及研究进展2007超级电容器作为一种新型的储能元件,以其优异的功率特性和循环性能而得到广泛关注。人们在对电容器的研究过程中,重点在于研究和开发具有高比能量,高比功率电容的电极材料的研究上。目前用于超级电容器的电极材料主要有三种:碳素材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。其中作为超级电容器电极材料的聚苯胺(PANI)因为具有高比容量、快速的动态充放电性能和掺杂/脱掺杂过程以及良好的化学稳定性、低廉的成本而成为第二代超级电容器电极材料的首选。本文按照用于电极材料的PANI的不同形式，对PANI电极材料的几个类型进行了简要介绍。4.学位论文刘黎明RuO,2包覆的TiO,2纳米复合电极材料及其在超级电容器中的应用2005超级电容器是一种介于电池与传统电容器之间的新型储能器件。由于兼有高能量密度、高功率密度和长循环寿命的特性，超级电容器具有许多特殊的用途，如用于混合电动汽车、高功率脉冲激光器、便携式电子器件等。超级电容器的电容来自于电极材料与电解液界面处所形成的双电层，或者是发生在电极材料表面或内部的氧化还原反应。电极材料是决定其性能的关键因素，因此研发新颖的电极材料一直是超级电容器领域的热点。相比其他电极材料来说，RuO2由于导电性好、电化学性能稳定、比电容量高，被认为是最好的超级电容器电极材料，但由于RuO2价格昂贵限制了它的实用化。因此如何最大限度地提高RuO2的利用率，降低成本是制备基于RuO2的高性能超级电容器面临的最大挑战。本论文针对RuO2作为超级电容器电极材料的实用化问题做了初步研究，提出了将RuO2包覆在TiO2纳米粒子表面制备纳米复合电极材料的新观点，这完全有别于通过混合或掺杂的方法来提高RuO2利用率的思路。实验中采用溶胶-凝胶法与水热合成法相结合的方法成功实现了RuO2在TiO2纳米粒子表面的包覆。工作中首先合成和表征了RuO2包覆的TiO2纳米复合材料，然后制备了基于该材料的微电极和超级电容器，并考察了其电化学性能。论文采用了扫描电子显微镜(SEM)、电子能量散射谱(EDS)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、付利叶红外谱(FT-IR)、比表面积测试(BET)以及X射线光电子能谱(XPS)等多种测试技术对该纳米复合材料的物理化学性能进行分析研究。结果表明RuO2在TiO2纳米粒子表面形成了包覆层，其中的TiO2为锐钛矿型，包覆层RuO2为非晶态，包覆层材料与核材料之间存在化学键作用，属于化学包覆；根据样品性能结构与其制备条件关系的分析，得到了较优的包覆条件；在RuO2包覆量为1.5％时TiO2纳米复合粒子平均粒径约为47.5nm，包覆层厚度约为0.75nm，比表面积约为75.56m2/g；工作中采用循环伏安法、交流阻抗谱测试、恒流充放电测试等技术对微电极和超级电容器的性能进行了研究。结果显示该超级电容器表现了理想的超级电容行为，所制备的纳米复合材料适合用作超级电容器电极材料。在RuO2包覆量为1.5％时，电极的比电容量对纳米复合材料为22.37F/g，对RuO2为1458.00F/g；在80mA放电电流条件下工作，该超级电容器最大比能量Em为0.636Wh/kg，最大比功率Pm为772.670W/kg；循环寿命测试表明在循环充放电1000次后，电容量仍能保持95.52％，表明该超级电容器具有较好的稳定性。本论文工作得到了以上有意义的结果，初步达到了提高RuO2利用率，降低基于RuO2的电极材料成本的目的。5.会议论文张传香.何建平.周建华.赵桂网.陈秀.王涛超级电容器复合电极材料NiO/OMC的微波辅助合成与电容性能研究2007超级电容器电极材料按种类可分为碳电极材料、金属氧化物电极材料及导电聚合物电极材料三大类.活性炭材料因为易于商业化,价格便宜,且具有较大的比表面积而成为超级电容器的首选电极材料.然而,根据超级电容器的双电层理论,高比表面积的活性炭,其理论比容量能达到527F/g,但其微孔率较高,对于电解质离子而言要在碳电极表面形成一定厚度的双电层,需要大于2nm的孔,从而造成活性炭电极不能被充分利用。本文首次提出采用微波法对有序介孔碳(C-FDU-15)负载NiO,其原理是以NaOH为催化剂，乙二醇为还原列，通过微波辐射将Ni(AC)2中的Ni2+还原为单质Ni，然后经过空气煅烧将单质Ni氧化为NiO,针为Nio/OMC,微波法负载具有简单、快速均匀的优点。6.学位论文庄凯超级电容器电极材料的研究2006超级电容器是介于传统静电容和电池之间的一种新型储能元件，具有高能量密度、高功率密度、循环寿命长、污染小等特点。超级电容器在通讯、电子、铁路、航空、航天以及军事等领域都具有极其广泛的用途。超级电容器广泛的应用前景和巨大的潜在商业价值受到了各国政府及科研机构的广泛关注。超级电容器的研究主要集中在对高性能电极材料的制备上。本文的主要工作有：高比表面积活性炭的制备；掺杂稀土金属氧化物、碳纳米管的氧化镍电极材料的制备；掺杂稀土金属氧化物、碳纳米管的氢氧化镍电极材料的制备。论文的主要研究内容和创新点归纳如下：1.以微波为热源，优质无烟煤、炭化椰壳为原料，KOH为活化剂制备超级电容器用高比表面积活性炭电极材料。制备的活性炭具有典型的双电层效应。当KOH与无烟煤按3∶1的质量比混合，微波辐射7分钟时，在6mol/L的KOH水性溶液中，活性炭比电容达301F/g，100次循环后容量仅衰减4％。讨论了原材料、活化剂和微波辐射时间、活化剂与无烟煤质量比等工艺参数对活性炭比电容及充放电性能的影响。2.以化学沉淀法制备出Ni(OH)2粉末，并在沉淀过程中掺杂CeO2、Y2O3、CNT，再通过热处理的到NiO粉末，对比考察了未掺杂的NiO电极材料与掺杂的NiO电极材料的电容特性。分别掺杂10％CeO2、10％Y2O3的NiO电极材料在6mol/L的KOH水性溶液中，比电容量有了较大的提高，分别达到277.4F/g、247.9F/g；同时，循环稳定性也有较大的改善，100次循环后分别衰减3.7％、4.9％。掺杂CNT的NiO电极材料在同等测试条件下，比电容量有一定的提高，超级电容器的内阻有了较大的降低，当CNT掺杂量为15％时内阻仅104mΩ。3.以化学沉淀法制备出掺杂CeO2、CNT的Ni(OH)2粉末，考察了Ni(OH)2作为超级电容器电极材料的电容特性。在6mol/L的KOH水性溶液中，掺杂8％CeO2和6％CNT的氢氧化镍电极材料的比电容分别达到744.4F/g、753.3F/g。氢氧化镍/活性炭超级非对称电容器具有良好的充放电性能，但是容量衰减较快，100次循环过后容量分别衰减了18.5％、33.9％。随着掺入量的增加，掺CeO2的超级电容器的内阻逐渐增大，而掺CNT的超级电容器内阻逐渐降低，掺入12％CNT的超级电容器的内阻仅有216mΩ。7.期刊论文吕进玉.林志东.LUJinyu.LINZhidong超级电容器导电聚合物电极材料的研究进展-材料导报2007,21(3)导电聚合物是一类重要的超级电容器电极材料,其电容主要来自于法拉第准电容.采用不同掺杂方式的导电性聚合物(n型或p型)作为电极材料使相应的超级电容器分为3种基本类型,这3种类型的超级电容器各具有不同的导电结构及特性.介绍了超级电容器导电聚合物的工作原理和导电聚合物电极材料的研究进展.8.期刊论文王贵欣.瞿美臻.陈利.于作龙碳纳米管用作超级电容器电极材料-化学通报（印刷版）2004,67(3)碳纳米管由于具有化学稳定性好、比表面积大、导电性好和密度小等优点,是很有前景的超级电容器电极材料.本文介绍了碳纳米管用作超级电容器电极材料的研究现状,总结了单纯碳纳米管电极材料和碳纳米管复合物电极材料的特点与性能,并探讨了今后碳纳米管电极材料的发展方向.9.学位论文王大伟超级电容器电极材料结构设计、合成及电化学储能机制研究2009超级电容器是非常有前景的功率型电源器件，其研发重点为电极材料研究，包括储能机制、结构设计、材料合成和性能提升。然而，针对电极材料储能机制的研究非常匮乏，并因此制约了高性能电极材料的结构设计与可控合成。本论