超級(jí)電容器電極材料及相關(guān)技術(shù)的研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)靜電電容器和二次電池之間的新型儲(chǔ)能裝置。它具有功率密度高、能量密度高、壽命長、充放電效率高、無污染等特點(diǎn)。利用超級(jí)電容器和電池組成混合動(dòng)力系統(tǒng)，能夠很好的滿足電動(dòng)汽車啟動(dòng)、加速等高功率密度輸出場合的需要。另外它也能用作電路元件、小型用電器、直流開關(guān)電源等用途，具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。根據(jù)儲(chǔ)能原理，超級(jí)電容器可以分為雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容器兩種類型。電極材料主要有碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚

2、合物。本文選定高比表面積碳納米材料、廉價(jià)的氧化改性氫氧化鎳為電極材料，通過X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)等對(duì)電極材料進(jìn)行了表征，結(jié)合恒流充放電測試對(duì)電極材料的電容特性進(jìn)行了考察，系統(tǒng)地研究了超級(jí)電容器的電極材料制備工藝、電容特性和電容形成機(jī)理。主要研究內(nèi)容如下： 1.研究了以煙煤為原料，微波為加熱源，堿金屬氫氧化物為活化劑制備超級(jí)電容器用高比表面積活性炭。微波加熱法具有污染小、加熱效率高、操作控制容易等優(yōu)點(diǎn)。微

3、波輻射煙煤制備活性炭時(shí)，活化劑的用量及微波輻射時(shí)間對(duì)活性炭的吸附性能、收率、電容性能影響很大。在微波功率為800W、活化時(shí)間為7分鐘、KOH與煙煤的質(zhì)量比為3的條件下制備的活性炭，其亞甲基藍(lán)吸附值達(dá)598mg/g，其比電容量達(dá)到72.4F/g.另外以此活性炭作為電極材料的超級(jí)電容器具有良好的充放電性能，既可以小電流長時(shí)間放電，又可以大電流短時(shí)間放電，并且具有良好的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)過400次以上充放電循環(huán)后活性炭的比電容下降仍不超過5

4、％。 2.研究了在以KOH水溶液為電解質(zhì)溶液時(shí)，不同正/負(fù)極質(zhì)量比的炭基雙電層電容器的電化學(xué)行為。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)正/負(fù)極質(zhì)量比約為1.5∶1時(shí)，電容器的比電容量最大，可達(dá)62.6F/g：其工作電壓可以提高至1.2V，可以有效改善炭基雙電層電容器的能量密度；而且雙電層電容器的內(nèi)阻最小，功率性能最佳。 3.研究了在活性炭中摻入一定量的氧化改性氫氧化鎳作為超級(jí)電容器的正極活性物質(zhì)，通過恒流充放電測試考察了摻入氧化改性氫氧化鎳的活性