活性碳-硬碳非對稱超級電容器的研究.pdf

1、化學電源作為一種將化學能轉(zhuǎn)換為電能的高效能量轉(zhuǎn)換裝置越來越受到關(guān)注和重視。超級電容器是介于常規(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,且能夠進行快速充放電,擁有極長的使用壽命和較寬的工作溫度范圍。超級電容器的使用十分廣泛,比如在航空航天軍事方面、移動通信技術(shù)、電子消費產(chǎn)品、燃料電池、電動汽車和城市交通以及太陽能和風能中都有重要而廣闊的應(yīng)用前景,其中有的應(yīng)用領(lǐng)域還是無法代替的

2、。將超級電容器和二次電池組合形成的混合動力電源系統(tǒng),能夠很好地滿足高功率輸出的需要,在電動汽車瞬間啟動、加速和制動方面發(fā)揮很大作用。研究開發(fā)新的超級電容器電極材料具有很重要的現(xiàn)實意義。
　　 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極材料,它們都具有高導電性,電化學性能優(yōu)良,其中,硬碳具有獨特的卡片層狀結(jié)構(gòu),理論比容量比石墨高,可以考慮作為超級電容器電極材料,與活性碳(activated

3、carbon)材料裝配成非對稱電容器。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電容器的負極和正極,考察了硬碳負極的嵌鋰性能,并對初步研究了AC／HC非對稱超級電容器的電化學性能。通過電化學實驗研究得到以下結(jié)論:
　　 1、對MCMB電極進行循環(huán)伏安測試表明,電極表面的SEI膜基本上是在首次CV過程中形成,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電極大倍率放電時衰減嚴重,高倍率性能不太理想?；钚蕴茧姌O在有機電解液1.3mol／L LiPF6／EC+DMC(質(zhì)量比為1:3)中的電化學性能測試表明,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驗和循環(huán)伏安測試表明,25mA／g電流密度時放電比容量為2

5、84.7mAh／g,它具有較好地快速脫嵌鋰性能,可進行大倍率性能實驗,可以運用于非對稱超級電容器中；在循環(huán)伏安掃描過程中發(fā)生了鋰離子的嵌入脫出反應(yīng),基本在首次CV過程中形成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、通過恒流充放電測試、循環(huán)伏安和交流阻抗測試手段研究了活性碳／硬碳非對稱超級電容器的電化學性能。結(jié)果顯示,當正負極質(zhì)量比為1:1時,非對稱電容器的比容