炭基双电层电容器高电压特性的研究

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2、．？巧ｒ心说炭基双电层电容器高电压特性的研究Studyonhighvoltagecharacteristicofelectricdoublelayercapacitorbasedoncarbonmaterial学科专业：化学工艺研究生：秦婷婷指导教师：王成扬教授天津大学化工学院二零一五年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研巧工作和取得的研究成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证一书而

3、使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：么〇＆年巧月０５日Ｃ＃学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。’特授权天津大学可１＾将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）：学位论文作者签名＝；＾师签名（＾

4、（ＩＩ导签字曰期：２０晚０如Ｌ巧签字日期：么年〇５月巧日摘要双电层电容器由于功率密度大、稳定性好、循环寿命长等特点受到广泛关注。但是其能量密度较低，限制了其在实际生产中的大规模应用，因此，提高双电层电容器的能量密度是目前面临的重要课题。为获得高能量密度，电极材料不仅应具有较高的比电容，还应有很好的耐高电压特性。根据E=1/2CV2，提高操作电压，能量密度可获得平方倍的提高。活性炭材料由于其成本低、孔径可控、原料来源广等因素广泛应用于双电层电容器的电极材料。本文以商品用活性炭作为电极材料，研究从两方面入手来提高双电层

5、电容器的工作电压。一是首次研究了不同温度氢气还原对活性炭的性能影响，从而寻找最优的处理温度来提高双电层电容器的工作电压；二是首次在有机电解液中详细的对比了不同正负极质量配比对电容器性能的影响，优化正负极质量配比，从而提高双电层电容器的工作电压。对活性炭材料进行不同温度的氢气气氛下高温处理，并通过多种表征手段对其结构和表面特性的变化进行了分析。结果表明表面形貌变化微小，在600℃处理的活性炭样品比表面积和孔体积有所提高，而经过高温处理的样品比表面积和孔体积都有所降低，表面官能团均有很大的降低。活性炭材料作为活性物质组装成电容

6、器，600℃处理的样品具有较高的容量，很好的稳定性和较高的能量密度，表现出最优的电化学性能。电压为3.0V时能量密度达到了19.5Wh/kg，而未经过处理的样品仅仅为16.2Wh/kg。因此，在氢气气氛下对活性炭材料进行高温处理是提高电容器在高电压下循环寿命和能量密度的有效途径。通过组装正负极质量配比分别为0.6:1，0.8:1，1:1，1.2:1，1.4:1的电容器，发现质量配比为1.2:1时能够提高双电层电容器的各项电化学性能。在10A/g的大电流充放电时，2.7V的容量保持率为76.4%，3.0V时为68.4%，3.

7、25V时为59.4%，均为最高的容量保持率。通过三电极测试，可以清晰的看出正负极在充放电过程中所提供的电位存在不对称行为，从而为不同质量配比的电化学性能差异提供了很好的解释。因此，可以得出结论，通过调配质量配比，能够实现双电层电容器电化学性能的提升。关键词:双电层电容器，活性炭，耐高电压特性，氢气还原，正负极质量配比ABSTRACTElectricdoublelayercapacitorshaveattractedmuchattentionduetohighpowerdensity,goodstability,longcy

8、clelife.However,itsenergydensityisverylow,whichlimitsitslarge-scaleapplication.Thus,itisurgenttoincreasetheenergydensity.Inordertoobtainhighenergydensit