炭基雙電層電容器高電壓特性的研究.pdf

1、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

2、料，研究從兩方面入手來(lái)提高雙電層電容器的工作電壓。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

3、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3.0 V時(shí)能量密度達(dá)到了19.5 Wh/kg，而未經(jīng)過(guò)處理的樣品僅僅為16.2 Wh/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

4、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10 A/g的大電流充放電時(shí)，2.7 V的容量保持率為76.4％，3.0 V時(shí)為68.4%，3.25 V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，