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镍阳极和CTAB对水热电沉积MnO4超级电容器电极材料的影响研究

日期:2017/7/19作者:www.51lunwen.com编辑:wangju点击次数:255
销售价格:150元论文编号:lw201707141538529448论文字数:31928 
论文属性:硕士毕业论文论文地区:中国论文语种:中文 

第 1 章 绪论


1.1 前言

21 世纪,伴随着人类社会的不断进步,能源问题日益突出,人类对于自然资源的需求日益增加。但以化石燃料为代表的传统能源毕竟有限且不环保,因此,开发高效、清洁、环保、可持续的新能源成为各国需要迫切解决的问题,也成为当今备受关注的科学研究热门课题之一[1]。现如今自然资源如太阳能、风能等已经得到很大程度的开发利用但受环境限制仍不能满足人类需求。所以开发储能较大的,对环境没有污染的储能装置,让人类可以随时使用能源的装置十分有必要,也是推动开发电动交通工具,电动大型设备的迫切要求。

...............


1.2 超级电容器的分类及工作原理

超级电容器的分类方式主要有以下几种:(1)按照储能机理划分则分为双电层电容器、法拉第电容器和混合型电容器。双电层电容器是指其电极的储能机理是双电层原理,法拉第电容器是发生氧化还原反应的赝电容器。混合型电容器是指电极材料的储能机理包含了双电层和赝电容的非对称型电容器。(2)按电极材料类别进行划分,分为碳电极、过渡金属氧化物和导电聚合物电容器。(3)按电极材料是否相同进行划分,则分为对称型超级电容器和非对称型超级电容器。对称型电容器是指正负级材料完全相同的电容器。非对称型电容器是指正负极材料不完全相同的超级电容器,包括上述中电极不同和储能机理不同,但非对称电容器可以是同一储能机理的两种不同物质。

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第 2 章 实验设备与方法


2.1 实验材料

实验所用泡沫镍厚度为 1.5mm,镍含量≥99.99,由长沙力远有限公司生产。实验中使用到的化学药品见下表 2-1。所用泡沫镍基体剪成 20×40mm2,放入去离子水中超声清洗 5min,接着用丙酮超声清洗 5min,再用 1mol/L 的稀盐酸浸泡 15min,最后用去离子水清洗干净,放入真空干燥箱(70℃,8h)烘干备用。将前期处理好的泡沫镍下端留下 20×20mm2,其余部分用生料带包住。分别用泡沫镍和石墨作为阳极,泡沫镍作阴极固定在水热釜中,在 120℃温度下沉积,沉积时用可编程电源施加 0.01A 恒流沉积 0.5h,所用的水热溶液为 0.1mol/LMnCl2溶液。

...............


2.2 材料制备工艺

XRD 分析仪是分析样品物相组成、样品内部原子或分子结构形态等的仪器,其应用的依据主要是布拉格方程,即 2dsinθ=nλ。测得的 XRD 数据用 Jade 6 软件进行分析即可得出样品物相组成和微观结构。正极:分别用上述 2.2.2 泡沫镍阳极制得的薄膜电极和 2.2.3 使用 CTAB 制得的薄膜电极作正极。负极:将活性炭:导电碳黑(Super P)=8:1 混合均匀后,滴入 10%的粘结剂 PTFE并加入少量酒精调制成糊状,然后将其均匀涂抹于处理好的泡沫镍中,涂抹面积为10×10mm2。然后放入真空干燥箱(70℃,12h)干燥,用作超级电容器的负极。

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第 3 章 不同阳极下水热电沉积制备锰基超级电容器薄膜电极...............15

3.1 前言...............15

3.2 不同阳极制备的锰基电极的结构与形貌分析...............15

第 4 章 使用添加剂 CTAB 制备锰基超级电容器薄膜电极...............29

4.1 前言...............29

4.2 薄膜电极的形貌与组成分析...............29

第 5 章 非对称电容器的组装及其超级电容性能研究...............38

5.1 前言...............38

5.2 活性炭电极的结构与形貌分析...............38



第 5 章 非对称电容器的组装及其超级电容性能研究


5.1 前言

超级电容器具有高功率的特点,但其能量密度较低,根据电容器能量计算公式:E=1/2CV2,提高电容器能量密度的方式是提高工作电压窗口(V)和电极比电容(C)。正极材料分别选择比电容较大的泡沫镍制得的 Mn3O4电极和 CTAB 添加剂下制得的Mn3O4电极,负极材料之所以选择活性炭,是因为其有如下优点:(1)具有高的实际比表面积;(2)活性炭的多孔阵列中,粒子间具有良好的导电性;(3)活性炭表面与电解液有良好的接触;(4)碳材料中,炭黑体、石墨的电容值为 4.5~10μF/cm2,活性炭的电容值为 10~15μF/cm2。活性炭具有更大的电容值。活性炭的小孔分布和高比表面可以增加它们的电荷存储性能,有利于离子在其孔道内传输,有利于增大电极材料与电解质溶液之间的接触面积从而提高比电容。所以负极选用比表面积较大的活性炭电极。此外,提高工作电压有效方法可以通过组装非对称超级电容器实现,本章以 Mn3O4电极为正极,活性炭为负极,组装成非对称超级电容器并研究其超级电容性能。

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5.2 活性炭电极的结构与形貌分析

活性炭电极由活性炭:导电碳黑(Super P)=8:1 混合均匀后,滴入 10%的粘结剂PTFE 并加入少量酒精调制成糊状,然后涂于处理好的泡沫镍中制得。由图 5-1 活性炭的 XRD 图得知负极上的活性物质活性炭为非晶型。从图 5-2(a)(b)中可以看出我们制备的活性炭电极活性物质的分布基本均匀,更有利于提升活性炭的电容性能。图 5-3(a)为活性炭的脱吸附曲线,当相对压力稍微上升时,氮气的吸附量就急剧上升,这是因为活性炭具有大量孔结构的缘故,当相对压力为 0.2P/P0时,活性炭表面吸附达到饱和,吸附量不再增加,所以其脱吸附曲线在 0.2~1.0 P/P0时几乎为一条直线。由公式(3-1)(3-2)得到活性炭的比表面积为 1330.9 m2/g。图 5-3(b)为活性炭的孔径分布图,其孔径主要集中在 1.73nm。


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