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《中国科学院研究生院(理化技术研究所)》 2007年
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基于碳材料和氧化钌超级电容器的研究

慈颖  
【摘要】: 超级电容器是一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件,具有比传统电容器更高的能量密度及比普通电池更高的功率密度和更长的循环寿命。随着高性能的电化学超级电容器在移动通讯、信息技术、航天航空和国防科技等领域的不断应用,超级电容器越来越受到人们的关注,特别是环保汽车——电动汽车的出现,大功率的超级电容器更显示了其前所未有的应用前景,现已成为世界各国的能源研究的热点。展开这一热点,面对的就是一项研究的重点工程——超级电容器高比容电极材料的开发。 本论文根据大量的资料调研,紧跟该领域的国际研究前沿,以碳材料和金属氧化物材料着手,通过选择材料体系,优化电极制作工艺,研制出超级电容器用碳电极和氧化钌/碳复合材料电极,并组装成电容器单元。将材料表征手段和电化学研究手段相结合,对其性能进行了测试,为研制超级电容器提供实验依据和理论基础。主要研究内容如下: 1、采用碳纳米管阵列、多壁碳纳米管和活性炭作为超级电容器的电极材料,通过探索电极的制备工艺和电容器的组装工艺,利用循环伏安和恒流充放电等手段,测试了碳基超级电容器的电容特性。为后续新材料的开发奠定基础。 2、首次以明胶微球作为原料,经过固化、炭化,采用KOH活化法制备了明胶基多孔碳球,比较了制备过程中活化温度对比表面积及其孔径分布的影响。结果表明,活化温度为800℃时,制备的明胶基多孔碳球具有最大的比表面积和较佳的孔分布。将800℃制备的明胶基多孔碳球作为电极材料,分别在水相电解液和有机相电解液中组装成纽扣式超级电容器,并对其电化学性能进行研究。同时对KOH活化机理和电极材料孔尺寸影响进行了讨论。 3、首次采取化学共沉淀法制备RuO2/碳微线圈、RuO2/明胶基多孔碳复合材料。利用扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)分析手段,对样品结构进行表征。通过循环伏安测试和恒流充放电测试,结果表明RuO2/碳微线圈、RuO2/明胶基多孔碳复合材料是理想的超级电容器电极材料,复合电极的比电容分别为213 F /g和402F /g。碳微线圈、明胶基多孔碳球是RuO2良好的基体材料。利用优化的RuO2/碳微线圈、RuO2/明胶基多孔碳复合材料,制备出钮扣型超级电容器,并对其性能进行了测定。 4、对不同浓度的水相电解液(KOH溶液和H2SO4溶液)进行电导率测试,结合电解液本身的物理化学性质,选择最佳浓度,确定6mol/LKOH和2mol/L H2SO4作为超级电容器研究用的水相电解液。研究了有机相电解液(Et4NBF4/EC/AN系统)各组分对电导率的影响,以及EC、AN含量对电解液保压性能的影响,确定了超级电容器研究用的有机相电解液的最佳组合方式1mol/L Et4NBF4/EC+AN(EC:AN=1:1)。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(理化技术研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM53

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 郎俊伟;用于超级电容器的金属氧化物及其复合电极材料的制备与性能研究[D];兰州理工大学;2010年
2 郑明波;纳米介孔材料与介孔-大孔材料的制备及超电容性能研究[D];南京航空航天大学;2009年
3 宋金岩;混合型超级电容器的建模与制备研究[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 耿叶静;电化学电容器用电极材料的制备及其储电性能[D];安徽工业大学;2009年
2 张巍;电沉积制备超级电容器电极材料MnO_2及其性能研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 黄大千;超级电容器MnO_2电极材料的研究[D];北京交通大学;2010年
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5 冯继成;镍基超级电容器电极材料的研究[D];上海工程技术大学;2011年
6 唐敖民;金属—有机配位聚合物的制备及电性能研究[D];上海工程技术大学;2012年
7 陈玲;二氧化锰—聚苯胺纳米复合材料的制备与电化学性能[D];大连理工大学;2013年
8 周立静;定向冷冻法制备SPEEK-PVA定向微孔碳膜及应用[D];大连理工大学;2013年
9 刘丽霞;碳纳米管和金属氢氧化物用作超级电容器电极材料的研究[D];南华大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 周鹏伟,李宝华,康飞宇;超级电容器用有机电解液的研究[J];电池;2005年02期
5 李建玲,梁吉,徐景明,毛宗强;双电层电容器有机电解液研究进展[J];电源技术;2001年03期
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【共引文献】
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5 宁娈;陈晓红;宋怀河;岳永德;;MnO_2/竹炭超级电容器电极材料的性能[J];北京化工大学学报(自然科学版);2010年02期
6 马小丰;田艳红;王颖;张学军;代红蕾;;淀粉基活性炭的制备及在超级电容器中的应用[J];北京化工大学学报(自然科学版);2012年01期
7 王晓峰,王大志,粱吉,刘庆国;实用型电化学双电层电容器制备[J];北京科技大学学报;2002年06期
8 张莹;刘开宇;张伟;段浩;;弱结晶二氧化锰超级电容器充放电分析[J];北京科技大学学报;2008年07期
9 孙哲;刘开宇;徐小存;李傲生;刘维芳;;超声-浸渍法制备介孔MnO_2及其性质表征[J];北京科技大学学报;2009年12期
10 靳添絮;陈杰;白永强;王海杰;;基于超级电容器的混合动力装置设计与应用[J];北京理工大学学报;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 常敬杭;张建民;石永伉;兰梦;;MnO_2/AC复合材料电化学电容性能的研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
5 胡永达;袁洁;卢云;杨邦朝;徐蓓娜;;改性纳米氧化锰超级电容器电极材料的研究[A];中国电子学会第十四届电子元件学术年会论文集[C];2006年
6 樊金河;;一种贱金属电化学电容器的研制及特性分析[A];中国电子学会第十五届电子元件学术年会论文集[C];2008年
7 刘贵阳;黄正宏;康飞宇;;沸石改性对以其为模板制备的多孔炭的影响的初步研究[A];非金属矿物材料—环保、生态与健康研讨会论文专辑[C];2004年
8 周建新;沈湘黔;;超级电容器电极材料研究进展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
9 景磊;刘辉;赵东林;迟伟东;沈曾民;;中间相沥青基活性炭的制备及其电化学性能研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
10 张治安;杨邦朝;邓梅根;胡永达;;氧化锰电极的微结构与电容行为研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 闫俊;碳/氧化锰复合材料的制备及电化学性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张勇;纳米碳纤维的批量制备技术与装置研究[D];湖南大学;2010年
3 夏洪应;微波加热典型物料制备高比表面积活性炭及演变机制[D];昆明理工大学;2009年
4 张鼎;磁浮电源与悬浮控制系统的耦合作用研究[D];国防科学技术大学;2010年
5 李渭龙;碳纳米管多维多尺度杂化结构的可控制备和形成机理研究[D];西北大学;2011年
6 丁兆勇;火焰法合成碳纳米管及合成机理研究[D];华北电力大学(北京);2011年
7 吴晋波;飞轮储能技术及其在电力系统控制中的应用研究[D];华中科技大学;2011年
8 郎俊伟;用于超级电容器的金属氧化物及其复合电极材料的制备与性能研究[D];兰州理工大学;2010年
9 张晶;基于介孔碳载体的高容量超级电容器复合电极材料的制备及性能研究[D];兰州理工大学;2010年
10 王新宇;超级电容器用新型电极材料的研究[D];中南大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵明艺;氮掺杂中孔碳纳米壳的制备、表征及其电化学性能[D];辽宁师范大学;2010年
2 刘兰;导电高分子修饰活性炭电极的制备与电化学性能研究[D];中国海洋大学;2010年
3 邹武元;导电聚苯胺在超级电容器中的应用研究[D];中国海洋大学;2010年
4 李利民;含氮活性碳材料的制备及其电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
5 杨艳静;超级电容器用纳米二氧化锰的制备及电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
6 唐丽;超级电容器用碳质多孔材料的制备及其电化学性能[D];华东理工大学;2011年
7 吴颜;炼油厂含油污泥与高硫石油焦混合制浆共气化的研究[D];华东理工大学;2011年
8 赵欣;炭气凝胶的制备及其对低密度脂蛋白的吸附研究[D];华东理工大学;2011年
9 姜遵群;分级纳米结构的聚苯胺及其复合物的制备与电化学性能[D];华东理工大学;2011年
10 谈敏;铁掺杂TiO_2光催化剂的制备、表征及光催化固氮性能研究[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张莹;刘开宇;张伟;段浩;;弱结晶二氧化锰超级电容器充放电分析[J];北京科技大学学报;2008年07期
2 庞旭;马正青;左列;曾苏民;;超级电容器金属氧化物电极材料研究进展[J];表面技术;2009年03期
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8 张熙贵,解晶莹,王涛,钦佩,夏保佳;碳基超电容与MH/Ni电池复合的研究[J];电池;2003年04期
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10 汪形艳,王先友,黄伟国;超级电容器电极材料研究[J];电池;2004年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李艳华;基于超级电容器用的四氧化三钴的形貌可控制备及性能研究[D];中南大学;2011年
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7 邓梅根;电化学电容器电极材料研究[D];电子科技大学;2005年
8 张莉;混合型超级电容器的相关理论和实验研究[D];大连理工大学;2006年
9 梁彦瑜;新型能源材料—电化学电容器与锂离子电池电极材料的研究[D];兰州大学;2006年
10 赵家昌;超级电容器中孔炭电极材料的制备及性能研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李媛;超级电容器电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];沈阳理工大学;2010年
2 姜遵群;分级纳米结构的聚苯胺及其复合物的制备与电化学性能[D];华东理工大学;2011年
3 薛露平;石墨烯及其纳米结构复合物的制备和性能研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 陈国周;小晶粒NaY分子筛合成探索[D];厦门大学;2001年
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7 李悦;超级离子电容器复合碳气凝胶电极特性的研究[D];电子科技大学;2004年
8 常欣;基于光子晶体纳米结构材料的制备与研究[D];南京航空航天大学;2005年
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10 杨娇萍;超级电容器用多孔活性炭材料的研究[D];北京化工大学;2005年
【二级引证文献】
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1 赵洋;张逸成;康丽;;电能存储技术及其应用研究综述[J];东莞理工学院学报;2013年01期
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1 汪形艳;金属氧化物/碳微球复合材料超级电容特性研究[D];湘潭大学;2011年
2 刘卯成;双金属氧化物及其复合材料的赝电容行为研究[D];兰州理工大学;2013年
3 李琛;碳基超级电容器及其电气性能研究[D];大连理工大学;2013年
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1 白鑫;超级电容器恒功率测试系统的研究[D];大连理工大学;2010年
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9 吕播瑞;镍—钴的氢氧化物作为超级电容器电极材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2013年
10 赵景新;中空微纳米纤维的静电纺丝法制备及清洁能源方面应用[D];兰州理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 孟庆函,刘玲,宋怀河,凌立成;超级电容器用复合炭极板电极的电化学性能[J];电源技术;2004年07期
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6 焦其军;;发挥超级电容器和蓄电池在电动车中的作用[J];汽车与配件;2010年22期
7 谢振明;;立足国家级科技强市建设 争创绿色能源结构孵化基地——关于宁波市研发和生产超级电容器的建议[J];宁波节能;2010年03期
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9 刘志祥,张密林,闪星,董国君;千法级超级电容器的制备[J];电源技术;2001年05期
10 王晓峰,王大志,梁吉;20伏高电压型碳纳米管超级电容器的研制[J];电子学报;2003年08期
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1 王宇;雷军鹏;朱用;敬春梅;胡敏艺;闫忠强;;基片预处理及电沉积电流密度对超级电容器用二氧化锰薄膜性能影响[A];低碳经济条件下重有色金属冶金技术发展研讨会——暨重冶学委会第六届委员会成立大会论文集[C];2010年
2 魏玮;黄小彬;唐小真;;一种无定形水合二氧化锰/微多孔碳球复合物作为超级电容器电极材料[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 姜训勇;张磊;孙立伟;刘庆锁;陆翠敏;;低内阻碳纳米管超级电容器研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
4 代红蕾;田艳红;;循环伏安法合成聚苯胺膜用于超级电容器电极的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
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6 单既成;陈维英;;超级电容器与通信备用电源[A];通信电源新技术论坛——2008通信电源学术研讨会论文集[C];2008年
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8 王贵欣;袁荣忠;周固民;瞿美臻;冯永成;于作龙;;CNTs/LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2复合材料在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
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10 王贵欣;周固民;瞿美臻;江奇;王国平;冯永成;张伯兰;于作龙;;两种碳纳米管在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
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6 昆明 兰得春;超级电容[N];电子报;2007年
7 记者 刘丽伟;森塬活性炭自主研发国内空白产品[N];朝阳日报;2010年
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10 本报实习记者 薛飞;自主知识产权超级电容车“武装”公交线路[N];中国知识产权报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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7 黄丛聪;超级电容器电极材料的制备及应用[D];山东理工大学;2010年
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