活性碳-硬碳非對(duì)稱超級(jí)電容器的研究.pdf

1、化學(xué)電源作為一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的高效能量轉(zhuǎn)換裝置越來(lái)越受到關(guān)注和重視。超級(jí)電容器是介于常規(guī)電容器和二次電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置,它具有較常規(guī)電容器更大的容量和能量以及比二次電池更高的功率密度,且能夠進(jìn)行快速充放電,擁有極長(zhǎng)的使用壽命和較寬的工作溫度范圍。超級(jí)電容器的使用十分廣泛,比如在航空航天軍事方面、移動(dòng)通信技術(shù)、電子消費(fèi)產(chǎn)品、燃料電池、電動(dòng)汽車(chē)和城市交通以及太陽(yáng)能和風(fēng)能中都有重要而廣闊的應(yīng)用前景,其中有的應(yīng)用領(lǐng)域還是無(wú)法代替的

2、。將超級(jí)電容器和二次電池組合形成的混合動(dòng)力電源系統(tǒng),能夠很好地滿足高功率輸出的需要,在電動(dòng)汽車(chē)瞬間啟動(dòng)、加速和制動(dòng)方面發(fā)揮很大作用。研究開(kāi)發(fā)新的超級(jí)電容器電極材料具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 石墨(MCMB)和硬碳(hard carbon)作為商業(yè)鋰離子蓄電池中最常用的負(fù)極材料,它們都具有高導(dǎo)電性,電化學(xué)性能優(yōu)良,其中,硬碳具有獨(dú)特的卡片層狀結(jié)構(gòu),理論比容量比石墨高,可以考慮作為超級(jí)電容器電極材料,與活性碳(activated

3、carbon)材料裝配成非對(duì)稱電容器。本論文第一部分主要是考察了MCMB電極的嵌鋰性能和高比表面活性碳電極的電化學(xué)性能,第二部分則分別以高嵌鋰容量的硬碳和活性碳電極作為超級(jí)電容器的負(fù)極和正極,考察了硬碳負(fù)極的嵌鋰性能,并對(duì)初步研究了AC／HC非對(duì)稱超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。通過(guò)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究得到以下結(jié)論:
　　 1、對(duì)MCMB電極進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試表明,電極表面的SEI膜基本上是在首次CV過(guò)程中形成,形成SEI膜的電壓范圍主要在0.

4、75-0.2V,而鋰離子嵌入石墨層間的電壓范圍是0.2-0.01V。但MCMB電極大倍率放電時(shí)衰減嚴(yán)重,高倍率性能不太理想。活性碳電極在有機(jī)電解液1.3mol／L LiPF6／EC+DMC(質(zhì)量比為1:3)中的電化學(xué)性能測(cè)試表明,活性碳電極在工作電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定性良好,表現(xiàn)出很好的功率特性和電容特性。
　　 2、本文中的硬碳材料層間距較大,嵌鋰比容量較高,硬碳紐扣電池嵌鋰實(shí)驗(yàn)和循環(huán)伏安測(cè)試表明,25mA／g電流密度時(shí)放電比容量為2

5、84.7mAh／g,它具有較好地快速脫嵌鋰性能,可進(jìn)行大倍率性能實(shí)驗(yàn),可以運(yùn)用于非對(duì)稱超級(jí)電容器中；在循環(huán)伏安掃描過(guò)程中發(fā)生了鋰離子的嵌入脫出反應(yīng),基本在首次CV過(guò)程中形成SEI膜,形成SEI膜的電壓范圍主要在1.0-0.5V,鋰離子嵌入硬碳層間的電壓范圍是0.5-0V。
　　 3、通過(guò)恒流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安和交流阻抗測(cè)試手段研究了活性碳／硬碳非對(duì)稱超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。結(jié)果顯示,當(dāng)正負(fù)極質(zhì)量比為1:1時(shí),非對(duì)稱電容器的比容