【ND120页】纳米锡基氧化物电极材料—水热合成法及电化学性能.docx文档热门下载

美国日本和俄罗斯等国都先后投入大量的人力物力对超级电容器进行研究开发。

由此可见，电化学电容器己经成为新型储能器件方面研究二〇五年五月十二日星期二的个热潮，今后将有更多的研究机构及人员投入到该领域的研究当中，这必将使电化学电容器在日益广阔的范围内获得更加迅猛的发展。

超级电容器的概述超级电容器的工作原理双电层电容双电层是指电化学溶液中性质不同的两相之间界作发现了双电层结构的电化学电容性质，但双电层结构用于能量的储存并引起学术界的广泛兴趣仅仅是近几十五月十二日星期二结锡化合物碳复合体的锂离子电池性能研究电极的制备电池的组装二〇五年五月十二日星期二材料性能研究充放电测试本章小结结论与前景展望结二〇五年五月十二日星期二论前景展望参考文献二〇五年五月十二日星期二文献综述引言电容器是种能够储蓄电能的设备与器件，由于它的使用能避免电子仪器与设备因电源瞬间切断或电压偶尔降低而产生的动作，所以它作为备用电源被广泛应用于声频视频设备调谐器电话机传真机及计算机等通讯设备和家用电器中。

电容器的研究是从世纪年代开始的，随着电子工业的发展，先后经历了电解电容器瓷介电容器有机薄膜电容器铝电解电容器担电解电容器和电化学电容器的发展。

有机薄膜电容器铝电解电容器担电解电容器和电化学电容器的发展。

年，的工用电器中。

是种能够储蓄电能的设备与器件，由于它的使用能避免电子仪器与设备因电源瞬间切断或电压偶尔降低而产生的动作，所以它作为备用电源被广泛应用于声频视频设备调谐器电话机传真机及计算机等通讯设备和家部分内容简介安测试二〇五年五月十二日星期二不同无水碳酸钾含量样品的循环伏安测试不同二〇五年五月十二日星期二扫描速度对锡碳化物碳复合体电极的循环伏安特性的影响二〇五年五月十二日星期二恒电流充放电测试交流阻抗测试本章小二〇五年五月十二日星期二结锡化合物碳复合体的锂离子电池性能研究电极的制备电池的组装二〇五年五月十二日星期二材料性能研究充放电测试本章小结结论与前景展望结二〇五年五月十二日星期二论前景展望参考文献二〇五年五月十二日星期二文献综述引言电容器是种能够储蓄电能的设备与器件，由于它的使用能避免电子仪器与设备因电源瞬间切断或电压偶尔降低而产生的动作，所以它作为备用电源被广泛应用于声频视频设备调谐器电话机传真机及计算机等通讯设备和家用电器中。

电容器的研究是从世纪年代开始的，随着电子工业的发展，先后经历了电解电容器瓷介电容器有机薄膜电容器铝电解电容器担电解电容器和电化学电容器的发展。

年，的工作发现了双电层结构的电化学电容性质，但双电层结构用于能量的储存并引起学术界的广泛兴趣仅仅是近几十年的事。

年，首先提出了可以将较小的电化学电容器用作储能器件，该种器件具有接近于电池的能量密度。

电化学电容器是七八十年代发展起来的相对新型的储能装置，它的出现使得电容器的上限容量骤然上升了个数量级，达到了法拉级的大容量，正缘于此，才享有超级电容器之称。

九十年代中后期，赝电容概念的提出以及金属氧化物复合电极的出现，使超级电容器的能量密度进步上升。

超级电容器以其充放电速度快环境友好以及超长的循环寿命，被视为本世纪最有希望的新型绿色能源。

近年来，人们直致力于开发高比功率和高比能量的超级电容器，应用于各个不同领域。

随着经济的不断发展，必然会引起石油资源的枯竭和环境污染地球温室化的加剧。

新能源省能源技术环境技术的开发和综合高效的利用己成为十分必要的课题，发展电动汽车势在必行。

超级电容器在电动汽车领域具有明显的优势，它可以满足汽车在加速启动爬坡时的高功率需求，以保护主蓄电池系统。

若与动力电池配合使用，超级电容器则可充当大电流或能量缓冲区，降低大电流充放电对动力电池的伤害，延长电池的使用寿命，同时它能较好地通过再生制动系统将瞬间能量回收，提高能量利用率超级电容器如与燃料电池相配套，则可作为燃料电池的启动动力。

美国日本和俄罗斯等国都先后投入大量的人力物力对超级电容器进行研究开发。

由此可见，电化学电容器己经成为新型储能器件方面研究二〇五年五月十二日星期二的个热潮，今后将有更多的研究机构及人员投入到该领域的研究当中，这必将使电化学电容器在日益广阔的范围内获得更加迅猛的发展。

超级电容器的概述超级电容器的工作原理双电层电容双电层是指电化学溶液中性质不同的两相之间界面处所产生的正电荷与负电荷分布层。

电解液与电极接触时，为达到系统的电化学平衡，电荷在电极和电解质的界面之间自发的分配形成双电层，充电时在电极溶液界面发生电子和离子或偶极子的定向排布，形成双电层电容并达到保存能量的目的。

如图所示，当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在两极板上电荷产生的电场作用下，电解液与电极间的界面上会形成相反的电荷层，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上以极短间隙排列的电荷分布层叫做双电层。

当两极板间的电势低于电解液的氧化还原电位时，超级电容器为正常工作状态通常为以下，如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电位时，电解液将分解，为非正常状态。

随着超级电容器放电，正负极板上的电荷被外电路泄放，电极二〇五年五月十二日星期二溶液界面上的电荷相应减少。

由此可以看出这种充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，因此性能稳定，循环寿命长。

双电层电容器的电极材料主要由具有高比表面积的碳材料组成。

法拉第准电容法拉第准电容也被称为赝电容，是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。

赝电容的贮能机制是个法拉第过程，但不会像常规的法拉第过程那样产生持续的法拉第电流。

它的充放电过程具有电容器的特征电容器的电压随时间线性变化当对电极加个随时间线性变化的外电压时，可以观察到个近乎常量的充放电电流或电容。

赝电容不仅发生在电极表面，而且可深入到整个电极内部，其最大充放电性能由电活性物质表面的离子取向和电荷转移速度控制，可在短时间内进行电荷转移，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。

在相同电极面积的情况下，赝电容可以是双电层电容量的倍。

而且在整个充放电过程中，电极上没有发生决定反应速度与限制电极寿命的电活性物质的相变化，因此循环寿命也非常长。

超级电容器的结构如图所示，电化学电容器主要由电极电解质和隔膜组成。

其中，电极包括电极活性材料和集流器两部分。

集流器的作用是降低电极的内阻，要求它与电极接触面积大，接触电阻小，而且耐腐蚀性强，在电解液中性能稳定，不发生化学反应。

集流器材料的选择主要根据所采用的电解质。

通常，酸性电解质可以使用钛材料，碱性电解质可以使用镍材料，而对有机电解质等可以使用廉价的铝材料。

隔膜的作用是在防止两个电极物理接触的同时允许离子言电化学超级电容器是种不同于电池和静电电容器的储能装置，有其独特的储存能量的方式，要研究其性能，就需要有特殊的方法和装置。

在研究电化学电容器电极材料时，有多种测试手段可供选择，涉及电化学性质物理性质或材料学性质。

用于研究电化学电容器电化学性能的主要有以下几种测试方法。

循环伏安法测试循环伏安法是通过模拟电极表面的浅充放过程考察电极的充放电性能电极反应的难易程度可逆性析氧特性和充电效率以及电极表面的吸脱附等特性。

对于鉴别潜在的电容器材料而言，循环伏安实验是非常有用的快速筛选方法。

实验过程中，电极电势随时间作对称的三角波变化，然后记录电流随电极电势或时间变化的曲线。

对于定的电解质体系，事先选定两个电极电势，然后在这两个电极电势值之间进行循环。

关于循环伏安实验的原理和方法，很多教科书中都有详细的介绍。

采用循环伏安法研究电容器时，般需要采用包括研究电极辅电极和参比电极在内的三电极电解池。

但研究电极需要进行固定，并需要模拟容器实际工作时的条件，否则得到的结果可能会有偏差。

为了达到上述测试要求，许多研究者设计了各种形式的测试用电解池对模拟电化学电容器进行测试。

恒电流充电和放电测试二〇五年五月十二日星期二恒电流充电和放电，或者通个已知负载放电，是测试电池的传统方法。

这种方法同样适用于电容器。

电容器的测试可采用如下的组合。

恒电流充电，然后立即通过不同的负载电阻器放电。

恒电流充电，然后保持段时间，随后通过事先选定的负载电阻放电。

不同倍率下充电，通过固定负载电阻器放电。

恒电流充电，然后在不同的恒电流下放电。

电化学阻抗测试交流阻抗法是研究电极过程动力学及界面结构的重要方法。

它通过对被测体系施加个小振幅的交流般为正弦波电压或电流信号使电极电位在平衡电极电位附近微扰，从而引起相应的响应信号，由两者的关系可到有关电极过程动力学的信息。

此外，交流阻抗还是测量电极溶液双电层电容和溶液电阻的有效方法。

同时，在测量过程中交流阻抗法不对被测体系产生任何影响，所以特别适用于电极过程动力学的研究及其机理的分析。

电化学阻抗测试提供了个评估电容器材料响应特性的便捷方式，特别是在评估可能限制功率的内阻时。

通过测量结果可以给出阻抗谱的等效电路模拟。

本文主要通过研究单电极的循环伏安特性和恒流充放电测试来考察电极的电化学超级电容器性能电化学超级电容器单电极的循环伏安曲线要求尽量接近矩形，恒电流充放电曲线尽量呈现线性，因此本实验就从这两种测试方法入手，研究电极材料的超级电容性能。

循环伏安测试测试原理对于双电层电容器，可以用平板电容器模型进行理想等效处理。

平板电容器容量的计算公式为式中电容量，介电常数极板正对面积，等效双电层有效面积，电容器两极板之间的距离，等效双电层厚度，二〇五年五月十二日星期二由式可知，电化学超级电容器