基于电解液功能调控的高电压水系超级电容器研究

发布时间：2024-02-02 11:18

　　近年来,传统化石燃料大规模使用所带来的环境危机与潜在的能源危机逐渐显现,新能源的开发与利用日益受到重视,在这过程中离不开高效的能量储存装置的参与,其中超级电容器(又称:电化学电容器)因具有大电流充放电、高输出功率和长循环寿命等优点而受到越来越多的关注。目前的商业化超级电容器大多基于有机电解液,其对制备环境要求比较苛刻,且其易挥发、易燃烧的特性会带来安全隐患和环境污染问题。相比之下,水系电解液更加安全且离子传导性较高、制备及使用成本较低,但是目前水系超级电容器的工作电压通常不超过1.8 V,极大限制了其比能量。根据比能量计算公式E=∫UdQ,要获得高比能量的超级电容器,需要提高其电压(U)和电荷容量(Q)。由于超级电容器具有界面电荷存储特性,电解液/电极界面性质将会对其电压和电荷容量产生决定性影响。当前,许多研究集中于开发赝电容电极材料,来提高水系超级电容器的电压或电荷容量,但是赝电容电极材料制备过程复杂,不利于规模化生产。相比之下,通过调控电解液的离子水合及氧化还原功能以提高超级电容器的电压和容量具有操作简单、易规模化等优点,而且可以简化电极制备过程,因而研究基于电解液功能调控的高电压...

【文章页数】：178 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1.双电层理论模型：（a）亥姆霍兹（Helmholtz）模型，（b）古伊-查普曼

极/电解液界面处电荷分离产生的双电层完成电荷的材料（例如：金属氧化物和导电聚合物等）在极间电即法拉第反应），导致材料的化学态或氧化状态发生而混合型电容器结合了双电层电极和赝电容电极型电极比能量低和赝电容电极倍率性能较差的缺点比能量。此外，还可以根据超级电容器的结构将其对称型超级电....

图1-2.伯里克斯-德瓦纳罕-穆勒双电层模型

兹（Helmholtz）层，其可以抵消电极的电荷，如图似于传统的平板电容器，而“双电层”这个名称即来源密层模型）。该模型是最简单的双电层模型，其不能浓度变化而产生的变化，也不能说明为什么溶液中带附在电极表面。20世纪初，古伊（Gouy）和查普曼动提出，溶液中带相反电荷的离子在....

图1-3.双电层电容器充/放电状态示意图

2019届华东师范大学博士研究生学位论文的紧密层，如图1-2a所示。其中，水合阳离子中心所在平面面（OuterHelmholtzPlane,OHP）。而电解质阴离子通常尺寸低，可以取代水偶极层中的水分子，在带正电的电极表面发生电极直接接触，如图1-2b所示。阴离子....

图1-4.MnO2的赝电容反应[8]

图1-4.MnO2的赝电容反应[8]Figure1-4.Pseudo-capacitivereactionofMnO2.料（例如：二氧化锰（MnO2）、四氧化三铁（Fe3O一些导电的聚合物等）一般通过两种途径储存电荷：双电层储存电荷，是非法拉第过程；二是通过法拉....

本文编号：3892574