【摘 要】
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超级电容与其他储能器件相比,具有更高的充放电速率、功率密度和更长的循环稳定寿命,而备受关注。然而,如何保持超级电容器的高功率密度以及长的循环寿命,同时赋予其高能量密度,是当前该领域面临的普遍难题。本论文围绕这一问题,以具有优异电化学性能和稳定性的SiC基复合材料为研究目标,通过结构的合理设计,实现具有优异综合电化学特性的超级电容器研发。主要研究工作如下:1、SiC@多孔碳（SiC@C）纳米复合材料
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超级电容与其他储能器件相比,具有更高的充放电速率、功率密度和更长的循环稳定寿命,而备受关注。然而,如何保持超级电容器的高功率密度以及长的循环寿命,同时赋予其高能量密度,是当前该领域面临的普遍难题。本论文围绕这一问题,以具有优异电化学性能和稳定性的SiC基复合材料为研究目标,通过结构的合理设计,实现具有优异综合电化学特性的超级电容器研发。主要研究工作如下:1、SiC@多孔碳（SiC@C）纳米复合材料制备及其超级电容器研究:通过高温碳化工艺,制备了SiC纳米线为核和掺硫多孔碳为壳的纳米线准阵列。该电极在10 m V·s-1的扫描速率下,面积比电容达38.24 m F·cm-2,同时具有出色的倍率性能(1000 m V·s-1扫描速率下,面积比电容达20.67 m F·cm-2)。所构建的锌离子混合超级电容器能量密度达10.6μWh·cm-2。此外,这种混合器件同时兼具高功率密度(7.2 m W·cm-2)和较强的循环稳定性(2 m A·cm-2下循环5000次,电容保持率为97%)。2、SiC@聚苯胺（SiC@PANI）纳米复合材料制备及其超级电容器研究:采用高温热解法和电沉积相结合的方法,实现了SiC@PANI核/壳纳米线准阵列电极的制备以及该电极的结构调控。SiC@PANI电极的面积比电容为352 m F·cm-2(电流密度为1 m A·cm-2),优于纯SiC和PANI电极;在电流密度为1-20 m A·cm-2范围内的电容保持率为90.3%,优于已报道的大多数PANI基电极。构建的对称式超级电容器在0.25 m W·cm-2功率密度下能量密度达6.59μWh·cm-2。在5000次循环后,其比电容保留率为96.8%,高于纯聚苯胺（～76.2%）,接近纯SiC（～99%）。3、SiC@Si Ox纳米复合材料制备及其超级电容器研究:采用阳极氧化法,实现了具有片层结构的SiC@Si Ox纳米复合材料制备及其结构调控。该电极在1 m A·cm-2的电流密度下,面积比电容达615.7 m F·cm-2,相比未刻蚀SiC纳米线准阵列的比容量提升了约60倍。当电流密度持续上升到20 m A·cm-2时,其比电容仍保留60%。所构建的混合超级电容器在功率密度为0.9 m W·cm-2时,能量密度为47.845μWh·cm-2,为目前SiC基超级电容器中已有报道的最高值。在经过15000次循环后电容保持率为81%。本文通过SiC纳米结构的探索和优化,实现了兼具高功率密度、高能量密度以及长的循环稳定寿命的SiC基超级电容器研发,为先进储能器件的电极研发提供了一定的思路。
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