氧化還原電解液在活性炭超級(jí)電容器中的應(yīng)用.pdf

1、因?yàn)槿蚪?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球人口的增長(zhǎng)，相關(guān)電子設(shè)備市場(chǎng)也在快速發(fā)展，而且混合動(dòng)力汽車的發(fā)展、全球能量消耗也在以令人擔(dān)憂的速度增長(zhǎng)。全球能源以現(xiàn)在的速度消耗，不可避免的會(huì)在不久的將來枯竭。所以，正在緊急的研究和發(fā)展新的能源和儲(chǔ)能設(shè)備，并要求清潔、可再生、可持續(xù)(如太陽能、風(fēng)能、潮汐)，而且需要先進(jìn)、低成本、環(huán)境友好，以解決現(xiàn)代社會(huì)新興生態(tài)問題。超級(jí)電容器作為一種新型的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置近年來備受關(guān)注，它具有充放電速度快、循環(huán)壽命長(zhǎng)及綠色環(huán)保

2、等優(yōu)點(diǎn)。影響超級(jí)電容器性能的因素主要有電極材料和電解液。本研究工作采用水熱法以β-環(huán)糊精為原料制備了水熱焦碳球，研究了反應(yīng)條件（水熱溫度、時(shí)間、填充度、固液比）對(duì)水熱焦碳球的形貌和粒徑的影響，并研究了碳化和活化條件（碳化溫度、碳化時(shí)間、活化溫度、活化時(shí)間）對(duì)活性炭材料電化學(xué)性能的影響。同時(shí)，將CuSO4/FeSO4和KI/I2這些具有氧化還原活性的物質(zhì)分別溶解在1 moL L-1 H2SO4和2 moL L-1 KCl溶液中，配制出具有

3、高性能的新型電解液并應(yīng)用于活性炭超級(jí)電容器中。本文的研究結(jié)果有如下幾點(diǎn)：
　　1.用水熱法制備了球狀的水熱焦碳球，再通過高溫碳化和空氣活化得到了微孔的活性炭材料。在水熱溫度為200℃、反應(yīng)時(shí)間8 h、固液比為1:5、填充度為53％時(shí)得到均勻、分散的水熱焦碳球，并在碳化溫度800℃、碳化時(shí)間2 h、活化溫度450℃、活化時(shí)間1.5 h的條件得到電化學(xué)性能最優(yōu)的活性炭材料。在1 moL L-1的H2SO4電解液中，活性炭材料的比電容為

4、181 F g-1，比碳化樣(18 F g-1)增大十倍。經(jīng)過1000次循環(huán)后，活性炭材料的容量保留率為80％。
　　2.以Cu2+/Fe2+/H2SO4為電解液，應(yīng)用在活性炭超級(jí)電容器中。實(shí)驗(yàn)證明，超級(jí)電容器在Cu2+/Fe2+/H2SO4電解液體系中的比電容達(dá)到540 F g-1，比在相同測(cè)試條件下的H2SO4電解液(178 F g-1)體系中提高了三倍。經(jīng)過1000次循環(huán)后，Cu2+/Fe2+/H2SO4電解液體系比電容保留

5、率為83.3％?；钚蕴坎牧显贑u2+/Fe2+/H2SO4電解液體系中的等效系列電阻為1.09Ω。
　　3.我們首次研究了KI/I2-KCl氧化還原電解液對(duì)活性炭超級(jí)電容器的電化學(xué)性能的影響。在KI/I2-KCl電解液中，電流密度為0.5 A g-1時(shí)，活性炭超級(jí)電容器的比電容高達(dá)233 F g-1，比在單獨(dú)的KCl電解液和硫酸電解液中的比電容提高了20％到30％。1000次充放電循環(huán)后，電容能保持為初始比電容的89.7％。同時(shí)在