碳基超级电容器的研究

论文摘要

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,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的特点。它可以应用于燃料电池、移动电话、微机等领域,与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。在本论文中,以比表面积为1400m~2/g的BP2000碳粉作为原材料,分别采用真空、活化、球磨三种实验方法对其进行处理制备所需电极材料,制备成电极和电容器,通过循环伏安测试,恒电流充放电测试和交流阻抗测试研究表明:本实验所制电极和组装的电容器具有典型的电容特征。采用真空技术把电解质溶液引入BP2000的内孔,处理的最佳时间为30min,处理后电极材料的比容量为260.1 F/g,比未经过真空处理的碳材料提高了近200%;电容器的比电容为84.1 F/g,增加了85.17%;电容器循环1000次后比容量的衰减为34.9%。采用硝酸液相氧化技术增加表面含氧官能团的浓度,处理的最佳条件为硝酸浓度为65%,氧化温度为60℃,氧化时间为60min;硝酸氧化与真空并用得到的活化电极材料的比容量为307.9 F/g,提高了近206%;电容器的比电容为95.19 F/g,增加了109.81%;电容器循环1000次后,电容器比容量的衰减为36.38%。采用球磨技术使BP2000在电解质溶液中充分润湿,球磨的最佳时间为2h,得到的电极材料的比容量为185.1 F/g,提高了110%;电容器的比电容为57.71 F/g,较处理前增加了27.19%;循环1000次后,电容器的比容量的衰减为48.8%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 超级电容器的特点
• 1.3 超级电容器的组成及工作原理
• 1.3.1 双电层电容器的组成
• 1.3.2 超级电容器的工作原理
• 1.4 超级电容器的研究现状
• 1.4.1 电极材料研究现状
• 1.4.2 电解质研究现状
• 1.4.3 应用现状
• 1.5 研究意义和主要内容
• 第二章 实验方法和原理
• 2.1 实验材料及仪器设备
• 2.1.1 主要化学试剂及原材料
• 2.2 电极的制备和电容器的组装
• 2.2.1 电极的制备
• 2.2.2 简易单体电容器（EDLC）的组装
• 2.3 电极性能测试方法及原理
• 2.3.1 循环伏安测试法及原理
• 2.3.2 恒流充放电测试方法及其原理
• 2.3.3 交流阻抗测试法及原理
• 2.3.4 循环寿命测试及原理
• 本章小结
• 第三章 真空处理碳材料电极超级电容器的研究
• 3.1 实验方案与思路
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.2 电化学测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 碳电极材料总比容量的确定
• 3.3.2 真空处理碳电极材料的循环伏安
• 3.3.3 单电极的恒流充放电
• 3.3.4 电容器的循环伏安
• 3.3.5 电容器的恒流充放电
• 3.3.6 不同充放电电流对等效串联电阻的影响
• 3.3.7 交流阻抗的研究
• 3.3.8 循环寿命的研究
• 3.4 本章小节
• 第四章 活化处理碳材料电极超级电容器的研究
• 4.1 实验方案与思路
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验方法
• 4.2.2 电化学测试
• 4.3 结果与讨论
• 3活化法的最佳条件'>4.3.1 HNO₃活化法的最佳条件
• 4.3.2 单电极的恒流充放电
• 4.3.3 电容器的循环伏安
• 4.3.4 电容器的恒流充放电
• 4.3.5 循环寿命的研究
• 本章小结
• 第五章 球磨处理碳材料电极超级电容器的研究
• 5.1 实验方案与思路
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验方法
• 5.2.2 电化学测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 浸泡法与球磨法的循环伏安
• 5.3.2 最佳球磨时间的确定
• 5.3.3 单电极的恒流充放电
• 5.3.4 电容器的的循环伏安
• 5.3.5 电容器的恒流充放电
• 5.3.6 循环寿命的研究
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢