超级电容器隔膜与电解液的研究

《超级电容器隔膜与电解液的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、超级电容器隔膜与电解液的研究ResearchofDiaphragmsandElectrolytefortheSuperCapacitor作者姓名：刘浩专业名称：应用物理学指导教师：韩炜教授学位类别：理学硕士答辩日期：2015年5月29日摘要超级电容器是一种通过极化电解质来储能的电化学元件，起始于20世纪七八十年代，又名双电层电容器或电化学电容器。与传统化学电源不同的是，是一种介于静电电容器与电池之间、具有特殊性能的储能元件，由于其储能过程中，并不发生氧化还原反应，具有可逆性。由于超级电容器具有充放电时间短，输出功率密度高，循环寿命长等优点，所以对超

2、级电容器隔膜材料和电解液的研究具有重要的理论意义和现实意义。实验主要采用美国celgard2400（聚丙烯膜），日本NKKMPF04Q-15(无纺布类),中国兴邦pvdfXB-30（聚丙烯类隔膜），中国鸿图CO2(隔膜纸类）几种不同隔膜，注入同一有机系电解液，制作的超级电容器进行电化学测试，从而比较各类隔膜在不同电解液中的性能。其中celgard2400为隔膜，活性炭为电极的超级电容器，经过直流充放电测试法和循环伏安测试法进行测试，容量可达3.07F,比电容可达76.15F/g，内阻为236mΩ，经过千次直流充放电比电容仅衰减10%。在同一电极材料

3、、电解液所制得超级电容器中，性能最佳。另外，实验中将自主合成生物类隔膜，即琼脂改性隔膜，针对琼脂隔膜韧性差，不利于电容器的组装和寿命等缺点，需要加入一定的改性剂，从而改善琼脂隔膜的性能。实验将采用PAM(聚丙烯酰胺)改善琼脂隔膜性能，分别加入100ppm，200ppm至1000ppm的PAM改性剂，在改性剂浓度为700ppm时，比电容可达89.67F/g，内阻为452mΩ，经过千次直流充放电比电容衰减16%，改性琼脂隔膜电化学性能达到最佳。实验中，将几种隔膜拍摄扫描电镜（SEM)图片，进行具体分析，分别注入同种水系电解液1mol/LNaCl溶液，制

4、作超级电容器，其中以仅以无纺布隔膜制作的超级电容器性能最佳，水系电解液中离子无法通过聚丙酯和隔膜纸，无法制得超级电容器。另外实验还将对超级电容器电解液进行细致研究，超级电容器电解液分为有机系电解液和水系电解液，选取阳离子不同、浓度同为1mol/L的NaNO3,溶液、Mg(NO3)2溶液，Al(NO3)3溶液，制得超级电容器进行直流充放电测试，注入NaNO3,电解液的超级电容器与注入Mg(NO3)2电解液、Al(NO3)3电解液的超级电容器相比，有更高的比电容和更低的内阻值，比电容值为82.89F/g，等效串联电阻值为168mΩ，Mg(NO3)2电解

5、液、Al(NO3)3电解液并不理想的超级电容器电解液。为了探究电解液中阴离子对超级电容器的I影响，称取浓度都为1mol/L的NaCl溶液、NaNO3,溶液、Na2SO4溶液作为超级电容器的电解液进行直流充放电测试Na2SO4电解液所制作的超级电容器具有最高的比电容值，达到了88.09F/g，NaCl电解液所制作的超级电容器其次，为87.74F/g，NaNO3,电解液所制作的超级电容器比电容值最低，为82.89F/g。而在超级电容器等效串联电阻方面，NaCl电解液所制作的超级电容器等效串联电阻最低，仅为165mΩ，Na2SO4电解液所制作的超级电容器

6、等效串联电阻其次，为167mΩ，NaNO3,电解液所制作的超级电容器等效串联电阻最高，达到了168mΩ，三者相差不大。分别配制浓度为0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、3mol/L、6mol/L的NaNO3,溶液作为超级电容器的电解液，制得不同的超级电容器，进行直流充放电测试，超级电容器比电容值随着超级电容器电解液浓度的增加而增大，浓度为0.1mol/L时，比电容仅为62.58F/g，随着电解液浓度的上升，当浓度达到1mol/L时，比容量达到了82.89F/g，之后比电容值趋于稳定，当电解浓度达到6mol/L时，电容器比电容量略有下降

7、，而超级电容器等效串联电阻为下降趋势，而当浓度达到6mol/L时，内阻仅为152mΩ，配制浓度均为1mol/L的LiClO4/PC与LiClO4/AN两种电解液，在无水环境内进行电容器组装，进行直流充放电测试，注入LiClO4/PC电解液的超级电容器，比电容值为73.56F/g等效串联电阻值为325mΩ。注入LiClO4/AN电解液的超级电容器，比电容值为75.75F/g，等效串联电阻值为234mΩ。注入LiClO4/AN电解液的超级电容器经过千次循环充放电过程后，衰变程度比较严重，千次循环衰减程度为10%，而注入PC/LiClO4电解液的超级电容

8、器千次循环衰减程度仅为7.5%，为了进一步研究有机系电解液，实验中将以LiClO4/PC电解液为例，分别配制浓度为0.1m