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超级电容器是一种介于电池与传统静电容器之间的新概念能量储存器件,与传统静电容器相比,超级电容器具有更高的能量密度,与电池相比,超级电容器具有更大的功率密度,从而具有瞬间释放特大电流的特性并且充放电效率高、循环寿命长。由于这些特性使得该器件具有某些特殊功能,其中特别为人关注的是在电动车辆、高功率武器等方面的不可替代的作用,另外可用作电子设备中的备用电源、工业设备的闪光及点火装置。由于超级电容器具有广阔的应用前景,开展超级电容器电极材料、电解液等应用基础研究,对电子工业和电动汽车的发展都具有重要意义。
本文以活性炭(AC)为基体,用2mol/L不同的溶液(氯化锌、磷酸和硝酸)分别对其进行活化处理得到活性炭电极材料,用X-射线衍射(XRD)、孔结构分析(BET)、循环伏安(CV)和恒流充放电等一系列测试技术进行研究。结果表明硝酸活化处理后的活性炭具有较好的电化学性能,该活性炭材料具有比表面积高达2514 m2/g,孔径分布主要以微孔和孔径较小的中孔为主,平均孔径为2.13 nm;将其制成的活性炭电极在6 mol/L KOH电解液中不同的电位窗口下都具有良好的电化学性能;当扫描速度为2mV/s时,电位窗口为-1~0 V时,活性炭电极的比电容高达255.1F/g;将其制成的活性炭超级电容器具有较好的充放电性能,比电容为61.3F/g。
用化学沉淀法往活性炭(AC)材料中掺入少量氢氧化镍,制得氢氧化镍/AC复合材料,并探讨了氢氧化镍的最佳掺入量及复合材料的电化学性能。XRD结果表明所得复合材料为β-Ni(OH)2/活性炭复合材料,其比表面积和孔容较原活性炭材料均有一定程度的减小,但复合材料仍然具有较高的比表面积和孔容。对不同氢氧化镍负载量的复合电极在6 mol/L KOH溶液中进行循环伏安测试结果表明,复合材料均表现出良好的电容行为;氢氧化镍最佳负载量为6 wt.%,对应的复合电极的比电容最大,高达314.5F/g,比原活性炭电极提高了23.3%。
将复合材料制成对称型电容器进行电化学测试,结果表明:氢氧化镍/AC复合材料更好地利用了双电层电容和法拉第准电容,表现出相对活性炭材料更好的电化学性能,具有较小的阻抗性能、较小的漏电流和更长的循环寿命。氢氧化镍/AC复合材料对称型超级电容器具有较好的可逆性和充放电性能,比电容高达77.3F/g,相对活性炭超级电容器(61.3 F/g)提高了26.1%。
同时,以氢氧化镍/AC复合材料为正极,活性炭材料为负极制成了不对称型电容器,充放电结果表明它在6mol/L KOH溶液中比电容达到84.7 F/g,高于复合材料对称型电容器,且相对于原活性炭电容器(61.3 F/g)提高了38.2%,并具有更好的功率特性。