超級電容器材料的制備及其性能研究.pdf

1、超級電容器是近些年來發(fā)展起來的一種介于電池和傳統(tǒng)平板電容器的新型儲能技術，其填補了當今快速發(fā)展的對儲能裝置的需求。它具有高功率密度、快速充放電和壽命長等優(yōu)點，其可以應用于很多領域，如儲存?zhèn)浞菹到y(tǒng)、混合電動車、個人電子產品等。然而大多數商業(yè)化電容器的電極是基于多孔碳材料，它不能夠提供足夠高的能量密度（往往<10Wh kg-1），這限制了它的應用領域。因此，為了未來發(fā)展的需要，在保證電容器的高功率密度和長壽命的條件下，要盡量提高它的能量密度

2、。根據電容器的能量密度計算公式E-(CV)2/2，超級電容器的能量密度可以通過提高材料的比容量或器件對外的開路電壓來提高?；诖?，本論文的主要研究內容是通過提高電極材料的比容量和器件的工作電壓來提高電容器的能量密度。
　　其主要結果和結論總結如下：
　?。?）由于細菌纖維素具有優(yōu)異的物理性能，其楊氏模量可達139 GPa，抗張強度可達2GPa，基于此特性，我們利用細菌纖維素、碳納米管和聚苯胺構建了一種新型柔性紙電極材料。這種

3、基于細菌纖維素的紙電極具有優(yōu)異的性能，其比容量在1Ag-1的電流下可達656F g-1，其經過1000次穩(wěn)定性測試后容量損失小于0.5％。
　　（2）基于細菌纖維素是由連續(xù)的10nm厚和50nm寬的納米纖維構成的網狀材料，我們在細菌纖維素納米纖維的表面原位聚合了一層PPy，然后制備了一種自支撐的BC-PPy/MWCNTs復合電極材料，其質量負載高達7-12mg cm-2。在11.23mg cm-2時其比電容高達2.43F cm-2

4、，組裝成器件后，其比電容也達590mF cm-2，經過5000次循環(huán)后，容量保持有94.5%。
　?。?）我們用二氧化硅納米球作為硬模板，苯酚/甲醛作為碳源，乙二胺作為堿催化劑和氮源，然后經過在氮氣中碳化，移除模板，并用KOH活化，得到了高比表面積的中空氮摻雜碳納米球。其比容量最高可達28F g-1，組裝成對稱電容器后其能量密度也可達7.7Wh kg-1，經過內部串聯(lián)組裝成2V電容器后其能量密度可達12.1Wh kg-1。