超级电容器电极材料研究

论文摘要

超级电容器是一种性能介于传统电容器和化学电池之间的新型储能元件。与传统电容器相比,超级电容器具有更高的能量密度;与化学电池相比,超级电容器具有更大的功率密度。目前,超级电容器的研究主要集中在高性能的电极材料的制备上。本文制备了氢氧化镍、氧化镍和活性炭球作为电极材料,研究了它们的制备工艺和电化学性能,并用X射线衍射、透射电镜对其进行了表征。本文的主要内容如下:利用水热法合成了氢氧化镍,X射线衍射测试表明样品为β型。通过循环伏安和恒电流充放电等方法对其电容性能进行了研究,结果显示氢氧化镍样品具有良好的法拉第准电容特性,最大比容量为312.3 F/g,且经过多次循环后仍表现出良好的电容性能。利用制备的氢氧化镍前驱体,在300℃下热分解制备了氧化镍粉末。以氧化镍粉末为活性物质制作工作电极,并利用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电等方法对其电容性能进行了研究。氧化镍电极以7 mol/L的KOH溶液为电解质溶液,在10mA/cm2的电流密度下充放电,其比容量为215.9 F/g。以蔗糖为前驱体合成了活性炭球,然后对合成的活性炭球进行高温活化。考察了高温活化对活性炭球比容量的影响,研究了活性炭球比表面积和孔结构与活性炭球电容性能的关系,并对活性炭球电极进行了电化学测试。测试结果表明,高温活化后的活性炭球,比容量得到了显著的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 超级电容器简介
• 1.2 超级电容器的特点
• 1.3 超级电容器的结构
• 1.4 超级电容器的工作原理
• 1.4.1 双电层电容器的工作原理
• 1.4.2 法拉第赝电容器的工作原理
• 1.4.3 混合电容器的工作原理
• 1.5 超级电容器电极材料研究进展
• 1.5.1 碳材料
• 1.5.2 金属氧化物材料
• 1.5.3 导电聚合物材料
• 1.6 本文的主要工作
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料和主要仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 主要仪器
• 2.2 实验样品的性能表征
• 2.2.1 X射线衍射（XRD）
• 2.2.2 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.3 循环伏安法
• 2.2.4 恒电流充放电法
• 2.2.5 交流阻抗法
• 第三章 水热法合成氢氧化镍及其电化学性能研究
• 3.1 氢氧化镍的制备
• 3.2 工作电极的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 XRD分析
• 3.3.2 形貌分析
• 3.4 电化学分析
• 3.4.1 循环伏安测试
• 3.4.2 循环伏安扫速对容量的影响
• 3.4.3 恒电流充放电测试
• 3.4.4 循环寿命测试
• 第四章 氧化镍的合成以及电化学性质研究
• 4.1 片状氧化镍的制备及其电容性质
• 4.1.1 氧化镍的制备
• 4.1.2 氧化镍电极的制备
• 4.1.3 结果与讨论
• 4.1.3.1 热重分析
• 4.1.3.2 XRD分析
• 4.1.3.3 形貌分析
• 4.1.4 电化学性能分析
• 4.1.4.1 循环伏安测试
• 4.1.4.2 恒电流充放电测试
• 4.1.4.3 循环寿命测试
• 4.1.5 交流阻抗测试
• 4.2 棒状氧化镍的合成以及性质研究
• 4.2.1 氧化镍的合成
• 4.2.2 工作电极的制备
• 4.2.3 结果和讨论
• 4.2.3.1 热重分析
• 4.2.3.2 XRD分析
• 4.2.3.3 形貌分析
• 4.2.4 电化学测试
• 4.2.4.1 循环伏安测试
• 4.2.4.2 恒电流充放电测试
• 4.2.4.3 循环寿命测试
• 第五章 活性炭球电化学性质研究
• 5.1 水热法制备活性炭球及其性质研究
• 5.1.1 活性炭球的合成
• 5.1.2 工作电极的制备
• 5.1.3 结果与讨论
• 5.1.3.1 XRD分析
• 5.1.3.2 形貌分析
• 5.1.4 电化学分析
• 5.1.4.1 循环伏安测试
• 5.1.4.2 恒电流充放电测试
• 5.1.4.3 循环寿命测试
• 5.2 液相法制备活性碳球及其性质
• 5.2.1 活性炭球的制备
• 5.2.2 工作电极的制备
• 5.2.3 结果与讨论
• 5.2.3.1 XRD分析
• 5.2.3.2 形貌分析
• 5.2.3.3 比表面积分析
• 5.2.4 电化学分析
• 5.2.4.1 循环伏安测试
• 5.2.4.2 恒电流充放电测试
• 5.2.4.3 循环寿命测试
• 5.2.4.4 交流阻抗测试
• 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢