超级电容器碳材料电极的性能设计研究.doc

超级电容器碳材料电极的性能研究 摘要 超级电容器，也叫电化学电容器，是一种介于普通电容器和二次电 池之间的新型无维护储能元件，与电池相比，它可以在短时间内释放 较高的功率，与普通电容器相比，它可以储存更多的能量，释放较小 的功率。而且，超级电容器循环寿命很长，工作温度范围较广、可快 速充放电、无污染零排放等优点，在通讯科技、信息技术、家用电器 等各种工业领域以及混合动力电动汽车、航空航天等领域都有广阔的 应用前景。已经受到了世界各国的普遍重视。在电化学电容器中，碳 材料是主要的电极活性物质。目前的研究均认为以碳材料为主要电极 活性物_的超级电容器的比电容大小很大程度上依赖于所用碳材料的 孔径结构以及其表面的官能团状况。而碳材料的孔径结构和表面的官 能团状况可以通过热处理或者其他的化学方法而改变。主要研究结果 如下： 对比研究了四种常见的碳材料，碳纳米管、活性炭、乙炔黑和 石墨粉在硝酸处理前后的电化学电容性质，发现硝酸处理能够使得碳 纳米管、乙炔黑、石墨粉的700次充放电循环的平均比电容分别提高 62%、1115%和461%,而活性炭的比电容却降低了 71%。 对比了四种活化方法对碳纳米管电化学电容性质的影响，对碳 纳米管的比电容提高的幅度由大到小依次为：硝酸活化、真空活化、 SDS活化和KOH活化，提高的幅度依次为：89.29%、31.54%、15.82% 和11.45%。真空活化和KOH活化都是以改变碳纳米管的孔径结构为 主，SDS活化则增加了碳纳米管表面的亲水性官能团，只有硝酸活化 不仅使碳纳米管的孔径结构改变，而且增加了其表面的亲水性官能团， 因而对其比电容的影响最大。 凸柳缫涪籂瑢SS谖旣（貢九鍮@laosh 3.采用了简易的方法制备了活性炭与氧化镍复合材料，经过电化 学测试发现，当氧化镍和活性炭复合材料中NiO的质量分数为8%时， 电化学电容性能较好。 关键词：电化学电容器，碳质材料，比表面积，比电容 殿垄进凍=惜傚低施培，層廳damdoc.t 凸柳缫涪籂瑢SS谖旣（貢九鍮@laosh Studies on the properties of carbon materials for supercapacitors Supercapacitors, also named as electrochemical capacitors, are new maintenance-free energy storage devices that fill the gap between normal capacitors and secondary batteries. They can deliver higher power in short time than batteries and store more energy than normal capacitors. Moreover, Supercapacitors have longer cycle life, wide work-temperature range, short charge time, no pollution and zero emission. Due to these advantages, supercapacitors find their wide application in many fields, such as tools, information technologies and electric vehicles. Thus they have been attracting intensive research. Carbon materials are the main materials used as the electrodes of supercapacitors. It has been accepted that the electrochemical capacitance of carbon materials depends to great on their pore structure and surface functional groups. The purpose of this thesis is to understand the difference in properties of different carbon materials and the effect of activation methods on the properties of carbon materials. The results obtained are as following: The prop