炭基雙電層電容器高電壓特性的研究

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1、乂蓉＠４矣?xùn)|ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中國(guó)第－所現(xiàn)代大學(xué)ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５＾遍■ＢＢ：ｉ－：＇－Ｌｊｍｍ膨＇Ａ這？Ｉ賽＾＾ｖｖ，學(xué)位論又…＂■■Ｉ化學(xué)巧ｒ＾學(xué)科專(zhuān)業(yè)：作者姓名：秦婷婷＇－指導(dǎo)教師王成揚(yáng)麵：?。崳姡＃墸纾崳姡В椋颍墶觯崳姡商旖虼髮W(xué)研究生院Ｊｍｉｉ＊＇－．２０１５年６月．．．０每；：磯鐘■巧．Ｖ－、＇－＇＇．＂－－．＇－－－專(zhuān)－、’；．．３：；＇。＇＇？５．．：．

2、．？巧ｒ心說(shuō)炭基雙電層電容器高電壓特性的研究Studyonhighvoltagecharacteristicofelectricdoublelayercapacitorbasedoncarbonmaterial學(xué)科專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工藝研究生：秦婷婷指導(dǎo)教師：王成揚(yáng)教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一五年六月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研巧工作和取得的研究成果，除了文中特別加Ｗ標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證一書(shū)而

3、使用過(guò)的材料。與我同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：么〇＆年巧月０５日Ｃ＃學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。’特授權(quán)天津大學(xué)可１＾將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編Ｗ供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）：學(xué)位論文作者簽名＝；＾師簽名（＾

4、（ＩＩ導(dǎo)簽字曰期：２０晚０如Ｌ巧簽字日期：么年〇５月巧日摘要雙電層電容器由于功率密度大、穩(wěn)定性好、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。但是其能量密度較低，限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用，因此，提高雙電層電容器的能量密度是目前面臨的重要課題。為獲得高能量密度，電極材料不僅應(yīng)具有較高的比電容，還應(yīng)有很好的耐高電壓特性。根據(jù)E=1/2CV2，提高操作電壓，能量密度可獲得平方倍的提高?；钚蕴坎牧嫌捎谄涑杀镜?、孔徑可控、原料來(lái)源廣等因素廣泛應(yīng)用于雙電層電容器的電極材料。本文以商品用活性炭作為電極材料，研究從兩方面入手來(lái)提高雙電層

5、電容器的工作電壓。一是首次研究了不同溫度氫氣還原對(duì)活性炭的性能影響，從而尋找最優(yōu)的處理溫度來(lái)提高雙電層電容器的工作電壓；二是首次在有機(jī)電解液中詳細(xì)的對(duì)比了不同正負(fù)極質(zhì)量配比對(duì)電容器性能的影響，優(yōu)化正負(fù)極質(zhì)量配比，從而提高雙電層電容器的工作電壓。對(duì)活性炭材料進(jìn)行不同溫度的氫氣氣氛下高溫處理，并通過(guò)多種表征手段對(duì)其結(jié)構(gòu)和表面特性的變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明表面形貌變化微小，在600℃處理的活性炭樣品比表面積和孔體積有所提高，而經(jīng)過(guò)高溫處理的樣品比表面積和孔體積都有所降低，表面官能團(tuán)均有很大的降低?；钚蕴坎牧献鳛榛钚晕镔|(zhì)組裝成電容

6、器，600℃處理的樣品具有較高的容量，很好的穩(wěn)定性和較高的能量密度，表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能。電壓為3.0V時(shí)能量密度達(dá)到了19.5Wh/kg，而未經(jīng)過(guò)處理的樣品僅僅為16.2Wh/kg。因此，在氫氣氣氛下對(duì)活性炭材料進(jìn)行高溫處理是提高電容器在高電壓下循環(huán)壽命和能量密度的有效途徑。通過(guò)組裝正負(fù)極質(zhì)量配比分別為0.6:1，0.8:1，1:1，1.2:1，1.4:1的電容器，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量配比為1.2:1時(shí)能夠提高雙電層電容器的各項(xiàng)電化學(xué)性能。在10A/g的大電流充放電時(shí)，2.7V的容量保持率為76.4%，3.0V時(shí)為68.4%，3.

7、25V時(shí)為59.4%，均為最高的容量保持率。通過(guò)三電極測(cè)試，可以清晰的看出正負(fù)極在充放電過(guò)程中所提供的電位存在不對(duì)稱(chēng)行為，從而為不同質(zhì)量配比的電化學(xué)性能差異提供了很好的解釋。因此，可以得出結(jié)論，通過(guò)調(diào)配質(zhì)量配比，能夠?qū)崿F(xiàn)雙電層電容器電化學(xué)性能的提升。關(guān)鍵詞:雙電層電容器，活性炭，耐高電壓特性，氫氣還原，正負(fù)極質(zhì)量配比ABSTRACTElectricdoublelayercapacitorshaveattractedmuchattentionduetohighpowerdensity,goodstability,longcy

8、clelife.However,itsenergydensityisverylow,whichlimitsitslarge-scaleapplication.Thus,itisurgenttoincreasetheenergydensity.Inordertoobtainhighenergydensit