超級(jí)電容器材料的制備及其性能研究.pdf

1、超級(jí)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(chǔ)能技術(shù)，其填補(bǔ)了當(dāng)今快速發(fā)展的對(duì)儲(chǔ)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(diǎn)，其可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如儲(chǔ)存?zhèn)浞菹到y(tǒng)、混合電動(dòng)車、個(gè)人電子產(chǎn)品等。然而大多數(shù)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(yīng)用領(lǐng)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(jù)電容器的能量密度計(jì)算公式E-(CV)2/2，超級(jí)電容器的能量密度可以通過提高材料的比容量或器件對(duì)外的開路電壓來提高?；诖?，本論文的主要研究?jī)?nèi)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(jié)果和結(jié)論總結(jié)如下：
　　（1）由于細(xì)菌纖維素具有優(yōu)異的物理性能，其楊氏模量可達(dá)139 GPa，抗張強(qiáng)度可達(dá)2GPa，基于此特性，我們利用細(xì)菌纖維素、碳納米管和聚苯胺構(gòu)建了一種新型柔性紙電極材料。這種

3、基于細(xì)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(dá)656F g-1，其經(jīng)過1000次穩(wěn)定性測(cè)試后容量損失小于0.5％。
　?。?）基于細(xì)菌纖維素是由連續(xù)的10nm厚和50nm寬的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀材料，我們?cè)诩?xì)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(fù)合電極材料，其質(zhì)量負(fù)載高達(dá)7-12mg cm-2。在11.23mg cm-2時(shí)其比電容高達(dá)2.43F cm-2

4、，組裝成器件后，其比電容也達(dá)590mF cm-2，經(jīng)過5000次循環(huán)后，容量保持有94.5%。
　　（3）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(jīng)過在氮?dú)庵刑蓟?，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(dá)28F g-1，組裝成對(duì)稱電容器后其能量密度也可達(dá)7.7Wh kg-1，經(jīng)過內(nèi)部串聯(lián)組裝成2V電容器后其能量密度可達(dá)12.1Wh kg-1。