低内阻碳基双电层电容器的研究
【摘要】：
双电层电容器是近年来出现的一种新型能源器件,兼有常规电容器功率密度大、充电电池能量密度高的优点,可快速充放电,且寿命长,很有希望发展成为一种新型、实效、实用的能量储存装置。但由于单个双电层电容器的工作电压低、等效串联内阻大而限制了其发展的空间。降低双电层电容器的等效串联内阻可使其具有优良的放电性能,使大电流放电成为可能,大大拓宽其应用领域。因而等效串联内阻已经成为体现双电层电容器性能的一个极其重要的指标。降低双电层电容器的等效内阻对提高其性能,拓宽其应用领域具有十分重要的理论意义和实用价值。本文采用活性炭材料制作双电层电容器,从理论上分析了双电层电容器内阻的形成机理,并通过试验研究了如何降低双电层电容器的等效串联内阻的方法。
通过理论分析,极化电极和集电极的体电阻,电解质溶液电阻,隔膜孔隙大小和厚度,极化电极、集电极与引线之间的接触电阻是影响双电层电容器等效串联内阻的主要因素。本文通过不同实验方案,采用恒流充放电法、循环伏安法和交流阻抗谱分析等测试方法对双电层电容器的电特性进行研究,得出降低双电层电容器等效串联内阻的有效措施为:采用高性能材料和良好的制备工艺制作低电阻率极化电极,本文采用自制的电极片性能更好;采用合适材料、浓度的电解液,本文采用6～8mol/L的KOH溶液性能更好;采用薄的比表面积大的良导电材料作为集电极。本文采用压花处理过的铜片性能更好;采用多孔、高强度、超薄材料作为隔膜。装配过程中将内芯并联并做抽真空处理,也能降低双电层电容器的等效串联内阻。
最后本文采用高比表面积的工业活性炭为主要材料,制备出高比电容低内阻极化电极,单电极比电容为116.065F/g,单体电容为7.962F,等效串联内阻为0.113Ω,制备了成品电容器,电容量为101F,等效串联内阻为0.030Ω。
【关键词】：双电层电容器 等效串联内阻 比电容 电化学性能 【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM53
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2008.022584
【目录】：
- 摘要3-4
- ABSTRACT4-8
- 1 绪论8-13
- 1.1 引言8-9
- 1.2 国内外研究现状9-11
- 1.3 本文主要内容及章节安排11-13
- 2 双电层电容器的结构及内阻的成因13-24
- 2.1 双电层电容器的结构13-15
- 2.2 双电层电容器等效串联内阻的成因分析及等效模型的建立15-23
- 2.3 本章小结23-24
- 3 双电层电容器的样品试制与性能测试24-34
- 3.1 双电层电容器样品组装24
- 3.2 双电层电容器性能测量24-33
- 3.3 本章小结33-34
- 4 电解质溶液对双电层电容器等效串联内阻的影响34-46
- 4.1 电解质溶液电导的微观分析34-41
- 4.2 电解液对双电层电容器内阻的影响41-44
- 4.3 本章小结44-46
- 5 极化电极的制备及性能研究46-64
- 5.1 自制极化电极的制备工艺46-47
- 5.2 极化电极配比实验47-53
- 5.3 循环伏安特性和交流阻抗谱测试结果分析53-61
- 5.4 极化电极对双电层电容器等效串联内阻的影响61-62
- 5.5 本章小结62-64
- 6 其他等效串联内阻影响因素及成品电容制作64-73
- 6.1 集电极对双电层电容器等效串联内阻的影响64-65
- 6.2 隔膜对双电层电容器等效串联内阻的影响65
- 6.3 恒流充放电对双电层电容器等效串联内阻的影响65-66
- 6.4 真空度对双电层电容器等效串联内阻的影响66-68
- 6.5 串并联实验对双电层电容器等效串联内阻的影响68-71
- 6.6 双电层电容器成品制作71-72
- 6.7 本章小结72-73
- 7 全文总结与展望73-76
- 7.1 全文总结73-75
- 7.2 全文展望75-76
- 致谢76-77
- 参考文献77-82
- 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录82
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