二元體系氧化還原型電解液添加劑的構(gòu)建與超電容協(xié)同效應(yīng)研究.pdf

1、隨著人們對(duì)能量?jī)?chǔ)存效率要求的提高，近年來(lái)超級(jí)電容器被作為一種高效率的儲(chǔ)能器件而被人們廣泛的研究。所以，本論文是以圍繞如何優(yōu)化超級(jí)電容器電化學(xué)性能為中心而展開(kāi)。首先，利用模板炭化法制備性能良好的電極材料;其次引入兩種氧化還原添加劑到超級(jí)電容器中來(lái)提高其電化學(xué)性能。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比兩種氧化還原添加劑的電化學(xué)特征，兩種添加劑之間的協(xié)同效應(yīng)也被分析。最后，利用各個(gè)樣品的電化學(xué)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，探討了幾個(gè)重要因素對(duì)超級(jí)電容器性能的影響。其具體的分析結(jié)果

2、如下:
　　為了提高超級(jí)電容器的電容，二元氧化還原添加劑體系已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用（如將一定量的鉬酸鈉和碘化鉀添加到硫酸溶液中組成二元體系）。這主要是因?yàn)閮煞N不同的添加劑在相同的電壓區(qū)間可能會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。并且這種協(xié)同效應(yīng)主要是歸因于在氧化還原過(guò)程中形成了一種復(fù)合物(MoxIyO4x)n-Cz，而這種復(fù)合物能夠在電極材料和電解液界面之間促進(jìn)Mo離子和I離子的氧化還原反應(yīng)。在另一方面，這種協(xié)同效應(yīng)還受到許多因素的影響，如兩種氧化還原添加劑

3、的摩爾比、添加劑各自的濃度和工作的電壓窗口。并且，在二電極體系和電流密度為3A g-1的情況下，同時(shí)引入0.1mol L-1鉬酸鈉和0.1mol L-1碘化鉀到1mol L-1硫酸當(dāng)中，可以發(fā)現(xiàn)超級(jí)電容器的比電容得到了明顯的提高（其比電容是沒(méi)有添加任何添加劑樣品的17.4倍）。并且，在合適的電壓窗口(0～1V)下，相對(duì)應(yīng)的能量密度約高達(dá)65Wh kg-1。此外，這些多種氧化還原添加劑之間的協(xié)同可以被廣泛的推廣到其他體系，用來(lái)來(lái)提高超級(jí)電

4、容器的電化學(xué)性能。
　　其次，在本論文中，利用對(duì)稱(chēng)二苯硫脲和Mg(OH)2粉體分別作為炭前驅(qū)體和模板劑，來(lái)制備一種新型高比表面積的二維納米炭材料。然后，基于兩種有效的氧化還原添加劑1，4-二羥基蒽醌(DQ)和對(duì)苯二酚(HQ)分別在電極材料和電解液(H2SO4)界面之間的合作效應(yīng)，來(lái)顯著地提升超級(jí)電容器的電容性能。更為重要的是，這種合作效應(yīng)是來(lái)源于發(fā)生在電極炭材料中DQ和H2SO4電解液里HQ兩種物質(zhì)連續(xù)的氧化還原反應(yīng)過(guò)程。此外，D

5、Q和HQ氧化還原添加劑的用量對(duì)超級(jí)電容器的電化學(xué)性能起著決定性的作用。因此，通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，能夠確定最佳的實(shí)驗(yàn)條件是:在固體電極中DQ物質(zhì)的質(zhì)量和多孔炭材料的質(zhì)量比為1∶1;同時(shí)在1mol L-1H2SO4電解液中:HQ物質(zhì)的濃度為20mmol L-1。結(jié)果表明，在最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)下，當(dāng)電流密度為3Ag-1時(shí)，超級(jí)電容器最大比電容能夠達(dá)到239Fg-1，并且相應(yīng)的最大能量密度達(dá)到21.1Wh kg-1，而這是沒(méi)有引入任何氧化