炭基电化学电容器电极材料的电容性能及模型计算

论文摘要

电化学电容器是近几年兴起的清洁储能元件。其特性介于传统电容器与电池之间,具有功率密度高,循环寿命长,成本低等特点,被主要作为后备电源广泛应用于电动汽车,风力发电,工业制造等领域。以高比表面积活性炭作为电极材料的电化学电容器最具商业前景,其能量的存储主要取决于比表面积,但二者并非呈线性关系。同时,多孔电极的孔径分布也是影响电化学双电层电容器存储电容量的重要因素。本文以高比表面积活性炭为电极材料的电化学电容器为背景,对电极电容性质的测试及模型的建立进行了深入的研究。(1)对不同活性炭电极进行循环伏安、恒流充放电、交流阻抗谱等电化学测试并对电容性质进行分析。(2)通过De Levie圆柱孔内壁的传输线模型及公式实现了对电化学双电层电容器阻抗谱的曲线拟合,探讨了孔直径、孔深度对交流阻抗谱的影响。结果表明,随着孔径的减小过渡频率向低频方向移动,随着孔深的增加过渡频率向低频方向移动。(3)首次建立了一种具有多分支的多孔电极三级孔道结构模型,运用该电极模型对不同活性炭电极的交流阻抗谱进行拟合,拟合结果表明符合度较高,证明该模型对分析活性炭电极结构具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电化学电容器简介
• 1.1.1 电化学电容器的发展历史
• 1.1.2 电化学电容器的特点
• 1.1.3 电化学电容器与传统电容器,电池的性能比较
• 1.1.4 电化学电容器的工作原理及分类
• 1.1.5 电化学电容器的应用领域与前景
• 1.2 炭基电极材料
• 1.2.1 活性炭粉末（AC）
• 1.2.2 活性炭纤维（ACF）
• 1.2.3 炭凝胶
• 1.2.4 炭纳米管（CNTs）
• 1.3 双电层电容器的物理模型
• 1.3.1 双电层理论模型的发展
• 1.3.2 等效电路模型及类型
• 1.3.3 多孔电极模型
• 1.4 本文的立意思想与研究内容
• 第二章 实验和理论分析
• 2.1 主要原料试剂与实验仪器
• 2.1.1 主要化学试剂及原材料
• 2.1.2 主要实验仪器设备
• 2.1.3 主要计算软件
• 2.2 活性炭电极的制备
• 2.3 活性炭电极电容性能测试
• 2.3.1 循环伏安测试
• 2.3.2 恒流充放电测试
• 2.3.3 交流阻抗测试
• 2.4 传输线模型及阻抗分析
• 2.4.1 传输线模型
• 2.4.2 De Levie圆柱孔内壁的传输线模型及公式
• 2.4.3 单孔阻抗的矩阵形式
• 第三章 炭基双电层电容器电极材料的理论模型研究
• 引言
• 3.1 电化学测试
• 3.1.1 循环伏安测试
• 3.1.2 恒流充放电测试
• 3.1.3 交流阻抗测试
• 3.2 单孔传输线理论的模拟计算
• 3.3 活性炭电极模型的建立与计算
• 3.3.1 二级孔道模型的建立
• 3.3.2 计算结果与测量结果的拟合及分析
• 3.3.3 三级孔道模型的建立
• 3.3.4 计算结果与测量结果的拟合及分析
• 本章小结
• 第四章 高比表面积多孔炭材料双电层电容性能研究与模型计算
• 4.1 化学活化法制备活性炭
• 4.1.1 NaOH活化法制备活性炭
• 3PO₄活化法制备活性炭'>4.1.2 H₃PO₄活化法制备活性炭
• 4.2 电化学性质
• 4.2.1 循环伏安测试
• 4.2.2 恒流充放电测试
• 4.2.3 交流阻抗测试
• 4.3 模型分析活性炭电极结构
• 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表学术论文情况
• 致谢