论文摘要
伴随社会经济程度的发展,人们对于绿色能源和环境越来越关注。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。但是关于其作用机制,以及提高方式并没有过多的相关文献。本文采用了循环伏安、交流阻抗、XRD等测试手段对RuO2-ZrO2体系和RuO2-Al2O3体系超级电容器电极材料的电容性能,储能机理,以及提高方式等方面进行了探讨和研究。XRD结果表明Zr元素的添加会影响电极涂层的结构,进而对电容器的性能有着显著的影响。对于RuO2-ZrO2电极,通过交流阻抗对其电路进行拟合并对内外活性进行单独分析得知,随着Zr组元含量的增加,RuO2-ZrO2电极的比电容呈现为先增加后减小。当Zr含量达到40mol%-60mol%时,比电容性能最好。主要原因是由于Zr元素的添加,涂层中RuO2,金红石和无定形态两种物相结构同时存在,质子传导和电子传导共同作用,使得电容器的内电容和外电容都达到最优值,从而获得高的比电容性能。热处理条件对RuO2-ZrO2二元复合电极的结构影响很大,随着温度的升高,涂层中Ru02结晶化程度变高,同时涂层的比表面积下降,导致质子传导受到影响,因此,电极的比电容和电催化活性均随之下降。添加元素的选择对电极的电容性能有很大的影响,本文对RUO2-Al2O3涂层电极进行交流阻抗测试和拟合,并与循环伏安等测试手段进行对比发现,Al元素的添加能够明显降低涂层的电阻,对质子和电子传导有促进作用,同时明显增加涂层表面粗糙度。结果表明RuO2-Al2O3涂层电极非常适合用于大功率充放电。但A1添加量过高会导致电极涂层厚度增加,进而导致涂层电阻有一定程度的上升,使得电极比电容下降。本文还尝试用交流阻抗对电极的表面活性点密度进行计算,并与常用的循环伏安法计算的活性点密度结果和电极伏安电量变化进行比对,结果表明用交流阻抗法计算的活性点密度变化趋势更接近于电极伏安电量的变化趋势,说明交流阻抗法计算电极的活性点较为准确。