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纳米碳材料改善电化学电容器性能研究

纳米碳材料改善电化学电容器性能研究

点击数:7228 次   录入时间:03-04 11:59:32   整理:http://www.55dianzi.com   变频器基础

 电化学电容器也称超级电容器,是近几年发展起来的一种介于传统电容器和二次电池之间的新型电能存储装置111.它具有优良的脉冲充放电性能及传统物理电容所不具有的高存储性能(容量为传统电容器的20~200倍),其功率密度、循环寿命、快速充放电性能、充放电效率及安全稳定性能等都优于一般二次电池(功率密度可为二次电池的10倍以上)但与二次电池相比,电化学电容器的能量密度偏低12.因此,如果将二次电池、燃料电池等与电化学电容器结合,有可能组合成一种高比能量、高比功率的复合动力电源系统|3~51.美国、日本、法国、俄罗斯等国家己经研制出高性能的电化学电容器,与二次电池、燃料电池联用组成电动汽车动力能源系统,用于整车为电极掺杂该种电子导体的模拟电容器的测试结果。各电容器极片的厚度、面积均相等,单电极质量为0.1g左右(依所加电子导体密度不同略有差异)各电极电子导态。

  3结果相比,两者的单电极比容量都有明显下降证实CB与NCB的添加具有提高电极容量的性能。添加CB的碳电极随着电流的增大容量衰减较大,而添加NCB的电极容量变化平缓,间接证明NCB在电极中导电性能优于CB此外,由交流阻抗测试可直接证明在一定添加量的条件下,含NCB的活性炭电极导电性能好于含CB的电极。但与添加较高比例NCB及CB的电极相比,两者导电性CNT因其独特的纳米级管状结构而具有较大的比表面积及良好的导电性,其孔径分布几乎都在2~50nm之间,全部属于可被电解液浸润的中孔范围,故CNT作为双电层电容器电极的导电材料,自身就具有很高的比表面积利用率,在提高电极导电性能的同时,可赋予电极良好的容量性质。

  CNT的中空管状结构可使离子在电极中扩散容易,其良好的导电性可提高电极的电子传输能力。所以,掺杂CNT的活性炭电极具有良好的导电性能和大电流充放电性能。

  未处理的CNT极为蓬松,在使用前必需用高速粉碎机切成碎末,然后进行充分研磨至细粉状,或经强氧化性酸处理,将CNT的管状结构打断,以提高管内腔的利用率并增大CNT的实际使用密度,以保证复合电极的体积比容量。此外,掺杂CNT的电极具有良好的机械加工性能。

  3.2.3MCMB在电极中导电性能相对较差MCMB其整体外型呈现球形,为高度石墨化的人工软碳材料,内部是高度有序的层面堆积结构。其本身粒度细微,结构致密,导电性能良好。但如所示,添加MCMB导电剂的模拟电容器其等效串联内阻最大,在电极中的离子扩散阻抗也较大。

  经分析,与石墨的情况类似,MCMB颗粒彼此较为分散,颗粒本身结构致密,若添加比例受限,则分散于活性炭粉末中的电子导体颗粒彼此独立,且受制备工艺影响,MCMB亲水性稍差,会影能均无明显下降说明它们的枝状交联结构在电极中确实具有一种特殊的导电性能。

  3.2.2CNT在电极中导电性能良好由和可知,CNT与高比表面活性炭充分混合后制备的复合电极,其导电性能及质量比容量仅次于添加NCB的电响水溶液离子在电极中的浸润扩散,因此不能形成电极整体的电子、离子导电优势。从较小电流密度下单电极质量比容量看,MCMB在电解液中有较好的双电层容量性质,与NCT相当,但受电极导电性能影响,随着充放电电流的增大,电极容量衰减较严重。

  极,且该电极的体积比容量较高。

  所以MCMB作为电子导体添加于活性炭材料中,因为过度dw分散及浸润性稍差复合电极的导电性能相对较差,相同条件PublishingHouse.Itnusreser\,ntq)……

  下,MCMB提升电极导电性的能力不如石墨。

  3.4各模拟电容器的充放电效率表1是添加不同电子导体的5种模拟电容器在较大电流密度下的充放电效率。

  表1添加不同导电剂的模拟电容器充放电效率比较模拟电容器300mA/g下充放电效率(%)500mA/g下充放电效率(%)可见,添加CNT电子导体的模拟电容器充放电效率最高,添加NCB的次之,而添加CB的最低,可能与CB表面有较多的官能团在充放电过程中发生不可逆电化学反应有关。

  各模拟电容器的充放电效率可进一步证实CNT与NCB在电极中的导电性能良好。

  3.5复合电极中电子导体的适宜添加量由,电极中添加少量镍粉后,模拟电容器等效串联内阻进一步减小。

  将具有高导电性的金属相作为导电剂的一部分引入,其自身不能在电解液中贡献双电层容量,所以应根据电化学电容器不同的充放电性能需求来考虑金属粉末的添加量。而纳米碳材料的应用也为金属相电子导体的引入提供了空间,使电极导电性明显改善的同时,对电极的容量性质影响却较小。

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