开题报告锌碳电池储能系统研究

其 开题报告的内容课题来源:充电时间短、循环使用长及对环境污染小等特点[2，3]。超级电容器具有很高的放电功率和电荷能力，填补了传统电容器和电池这两类储能元件之间的空白，满足了人类对新型绿色111

C Cd ε为双电层中的介电常数，A为电极的表面积，t是双电层的厚度。双电层的能量及功率密度可通过式(3)(4)分别计算得到(R为等效电阻)：E1CV2

P

V

是最关键的因素，它是电极电荷产生电容的物质基础，其自身的电化学性能直接影响到超1957年Beck的相关专利开始的。其发展先后主要出现了多孔碳材料、活性碳材料、活性溶胶这种新材料[15-17。这种碳气溶胶是由LawrenceLivermoreNationalLaboratory公司的R.W.Pekala研究小组开发的。将间苯二酚和尔比1：2混合后，溶解在适量的去除离围，从而避免因微孔<2nm而不能形成双电层的限制。这种形态使得该材料具有能将所储能量将这种碳气溶胶做成ESC的电极，微孔玻璃纤维为隔膜，4mol/L的氢氧化钾为电解液，随着1991年碳纳米管的首次正式提出，由于其独特的结构性能广泛地引起了各界的料，以及最近才开发的电池[18]、电容器电极材料[19,21]ESC电极材料有它的优越讲应是做ESC的理想材料。430m2/g38wt%113F/g(0.001Hz)，在做隔极层，石墨片做集电体，比容量可达15~25F/cm3，后来经过进一步改进，掺杂75%的RuO2·xH2O107F/cm3600F/g。另据E.Fackowiak等人的，掺金属锂的碳纳米管电极在LiClO4电解液中在1.5~3v之AC作为超级电容器电极材料做了大量的研究[22-24]，剥落或ACAC中会引入一些含氧或者含氮的官能团，从而阻塞了离子进入AC的微孔，甚至会加剧了电极材料ACKOH然后需要在惰性气氛下高温加热，这样一来相当大一部分AC就在构建多孔结构的过程中被浪费掉，视。EmiGomibuchi8h得到的纳米结构的石墨材料制成超级电容器电极，BET500m2/g12F/g3000m2/gAC比电容相ESCconway1975年首次研究法拉第假电容RuO2·xH2O、MnO2、NiO、CoO2等[24]，但最具代表性的还是金属钌和金属锰的氧化物。这个ESC电极材料的二氧化钌，通常是由溶胶-凝胶法制得前驱体，然后经高温RuO2薄膜金属氧化物混合做成电极(因混合金属氧化物会增大比表面积)和在室温下电极等。但所报道的RuO2的最容量为380F/g(水电解液)(此时的比表面积约为120m2/g)。后来经T.R.JOW[25]等人的研究发现：二氧化钌的前驱体在150℃热处理时，可以得到容量，900F/g85%)，是至今为止发现的比容量最高的超级电容器电极材料，而其比表面积只有25~95m2/g。JOWRuO2·xH2O由于是无定形态，电解液容易进入电极材料，由它作RuO2的比表ESC电极材料。ESCAnderson[7]NiO作超级电容器300°C400°C的热处理后材料的晶型结构有所改变，MnO2材料的电化学性能得到改300°CMnO2具有较好的循环稳定性，表现出良好的电化学性能。回流时间以及还原剂对复合材料的影响。研究结果表明:Cr的掺杂量和回流时间的增加，MnO2复合材料由纳米球状逐渐生长成纳米线结构，该纳米线直径约为80nm，长度约为0.5mol/LNa2SO4溶液中，当电流密度为1.5A/g时，比容量仍可达129F/g，是未掺杂材料比容量的两倍多。 、、o后该问题得到了一定的解决。另外掺杂高电子电导率的材料也是一个有效的途 是，这些高导电添加物的加入能够形成三维的导电网络结构，能够实现MnO2电极材料之间快化物中的距离最短化从而提高MnO2的离子电导率，M.Nakayama等人[32]了多层纳米多孔结构MnO2，该结构MnO2电极在高扫描速率(100mV/s)下的循环伏安曲线能够保持良好的矩形形状。Yang等人[33]利用动电位法了掺杂Co、Ni的纳米结构复合MnO2电极材料。这两种材料在10mV/s的扫描速率下比容量分别为621和498F/g，当循环伏安测试扫描速率达到200mV/s时这两种材料的比容量还能保持在377F/g和307F/g。表明这种纳米结构的复合有利于提高电极反应动力学可逆性。Bao等[36]MnO2薄膜包覆在放射状生长于超细碳纤维的高电导率的Zn2SnO4上，在40A/g的电流密度下测试得该材料36.8Wh/kg的能量密度和32kW/kg过渡金属氧化物系列工作电压不高的缺点，代表着ESC电极材料的一个发展方向。ESC的设计模式，同时会带来不同的容量和工作电压范除以上所述的三大系列ESC电极材料外，据文献，还有一些物质(比如杂多酸等)也用作ESC电极材料，同样也取得了良好的效果。杂多酸[40]作为超级电容器电极材料的研究主要集中在12-磷钼杂多酸。因为与其他杂多酸相比，它具有良好的质子传导性，电子传导性和大Nafion117薄膜作为隔膜阳极，且充当固体电解液，以经BaoSJ,HeBL,LiangYY.SynthesisandelectrochemicalcharacterizationofamorphousMnO2forelectrochemicalcapacitor[J].MaterialsScienceandEngineerinA,2005，397(1):305-309.KalakodimiRP，NoroM.ElectrochemicallysynthesizedMnO2-basedmixedoxidesforhighperformanceredoxsupercapacitors[J].ElectrochemistryCommunications,2004,KotzR,CarlenM.Principlesandapplicationsofelectrochemicalcapacitors[J].Electrochemica.Acta，2000，45:2483-2498.VoflkovichYM，SerdyukTM.Electrochemicalcapacitors[J].RussianJournalofHelmholtzHV，ubereinigeGesetzederVerteilungelektrischerStrmeinkrperlicheLeiremmitAnwendungaufdieTierisch-electrischemVersuche[J].Ann.Phys.Chem.1853，89:211.AndrieuX.EnergyStorageSystemsforElectronics.NewTrendsinElectrochemicalTechnology[M].2000，1:521.刘辰光，，.电化学电容器中炭电极的研究及开发Ⅱ.炭电极[J].NewMateriais，2002，17(2):64-

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