应用于水系超级电容器的高分子及超分子基电解质研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:fyq20061001
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着人们对可穿戴电子产品需求的增加,水系准固态超级电容器因而受到了广泛的关注。水系准固态超级电容器虽然具有安全性高、环保性好等一些优点,但亦面临着电化学窗口低、电极厚度依赖性强等诸多挑战。针对这些挑战,本论文从电解质的角度出发,发展了高分子和超分子基水凝胶电解质,以解决水系准固态超级电容器热失控、电化学窗口低以及电极厚度依赖性强等问题。主要研究结果如下:(1)研究了水溶液中聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯(PDMAEMA)热敏性行为的离子特异性效应。研究结果表明,PDMAEMA热敏性行为中可以观察到明显的离子特异性效应,且离子特异性效应对离子浓度和溶液pH有强的依赖性。研究结果还表明,PDMAEMA热敏性行为的离子特异性效应是由于离子与PDMAEMA间的特异性离子对相互作用和色散相互作用所导致的。在此基础上,本论文进一步研究了离子特异性效应对PDMAEMA水凝胶基准固态超级电容器热自保护行为的影响。相比于Cl-而言,ClO4-与PDMAEMA间更强的离子特异性相互作用,使得PDMAEMA水凝胶在高温时可以更加有效地抑制离子迁移,从而导致PDMAEMA水凝胶基准固态超级电容器表现出更加优异的热自保护性能。因此,基于离子特异性效应可以调控PDMAEMA水凝胶基准固态超级电容器的热自保护性能。(2)提出了一种通过调控电解质的本体性质和界面性质来提升准固态超级电容器性能的策略。首先,选择聚两性离子作为凝胶骨架,其不但促进了离子的迁移,而且同步抑制了水的分解和超级电容器的自放电。其次,采用高浓度的高氯酸锂和高氯酸钠混合盐承担离子导电任务,这使得凝胶电解质不仅具备良好的柔韧性和可逆性,还增强了其对水分解的抑制效应。最后,在凝胶电解质与电极之间引入碳酸丙烯酯溶剂层,其不仅进一步抑制了水的分解,而且促进了凝胶电解质与电极之间的界面相容性,降低了超级电容器电化学性能对电极厚度的依赖性。因此,聚两性离子骨架、高氯酸盐混合物以及有机溶剂界面层在准固态超级电容器性能的提升方面,不仅表现了其各自的角色,还展现出三者之间的协同效应。综上所述,此策略为提升水凝胶电解质基准固态超级电容器电化学性能提供了一种有效的方法。(3)为解决高分子水凝胶电解质基准固态超级电容器电化学性能对电极厚度的强烈依赖性这一难题,本论文发展了一种基于低分子量3-羟基-4-苯基-3-环丁烯-1,2-二酮(HPCD)的超分子水凝胶电解质。HPCD可以在1.0 M H2SO4中通过氢键相互作用形成水凝胶,其离子电导率可以达到~421 mS cm-1,因而,离子可以在HPCD水凝胶电解质中快速迁移。此外,HPCD水凝胶的前驱体溶液具有分子尺寸小、溶液黏度低以及润湿性好的优势,这使得该超分子水凝胶电解质能够通过溶胶-凝胶转变的方法有效填充具有较大厚度的多孔活性炭电极。因此,HPCD水凝胶电解质基超级电容器电化学性能对电极厚度的依赖性达到了与H2SO4水溶液电解质基超级电容器相当的水平。不仅如此,本论文还基于HPCD在不同电解质中制备了相应的水凝胶电解质,从而可以用于构建不同类型的准固态超级电容器。
其他文献
化学键的断裂和形成是化学反应的核心。在单分子水平上探索断键和成键过程及相关的结构变化,可以为深入理解化学反应的路径和机理提供研究基础。针尖增强拉曼光谱技术(TERS)是一种结合了扫描探针显微镜和拉曼光谱的技术,由于纳腔中局域等离激元场的增强效应,可以显著地放大纳腔中目标分子的拉曼信号,使得TERS技术同时具备超高空间分辨能力和高灵敏化学识别能力。随着近年来TERS技术的迅速发展,其空间分辨率已经可
学位
乏氧是大多数实体肿瘤的一个标志性特征,肿瘤的乏氧环境对光动力疗、化疗等治疗效果有严重的限制作用。因此,迫切需要开发有效的治疗策略,以提高在乏氧环境中光动力治疗和其它疗法的治疗效果,以抑制肿瘤的生长。本文围绕基于光治疗的协同疗法开发克服肿瘤乏氧环境的新型纳米载体以提升纳米药物对乏氧肿瘤的治疗效果。每章的工作摘要如下:第一章乏氧作为肿瘤微环境的一个显着特征,在肿瘤侵袭、迁移以及对化疗、放疗、光动力治疗
学位
小学阶段对于学生的成长是至关重要的,而体育教学关系到小学生身心能否健康成长,因此在小学体育教学中应该利用适合的教学方式,采用精准的教学策略,确保每一位学生能够得到全面的发展。该文以“跳绳”一课为例,分析了小学体育跳绳如何精准教学,并利用分层教学的优势发挥出体育教学的价值,文中提出了对应的建议策略,希望能够促进提高小学体育精准教学质量,为学生们提供高质量体育教学。
期刊
自旋电子学器件利用电子的自旋属性实现了更高效率的信息存储、传递和处理。近年来自旋电子学领域发展迅猛,其核心关键科学问题是自旋的有效注入、长距离的自旋极化输运、自旋取向的检测和调控。当前自旋电子学大部分研究内容集中在巨磁电阻效应、隧穿磁电阻效应、自旋转移力矩效应等,其中,基于隧穿磁电阻效应的磁性隧道结被广泛应用到自旋电子学器件中。分子自旋电子学,将分子电子学与自旋电子学有机结合起来,从分子出发,通过
学位
聚电解质膜燃料电池高效、清洁的能源转化过程使其在应对人类社会能源、环境危机中扮演着重要的角色。得益于高性能全氟磺酸质子膜(Nafion(?))和各种高效催化剂的出现,质子交换膜燃料电池技术在最近几十年取得了很大发展。但是质子交换膜燃料电池工作环境为强酸性,必须依赖铂族贵金属催化剂才能运行。此外,作为其核心组件的Nafion(?)价格昂贵,这些因素大大限制了质子膜燃料电池的商业化进程。相比之下,碱性
学位
新发展格局下区域物流高质量合作是实现在更高程度、更大范围、更深层次推动物流提质增效降本、经济高质量发展的基本内容和重要支撑。然而,传统区域宏观管理体制和物流微观运行规则导致高质量合作困难重重。本文基于新制度经济学理论,总结出现阶段区域物流高质量合作动力源于制度环境的动态演变,具体包括新发展格局战略的外生驱动力、区域经济协调发展的互动引导力和区域物流转型发展的内生革新力;其内在机理是以扩大区域物流高
期刊
聚合物纳米粒子作为药物载体在疾病的诊断及治疗中有着广泛的应用,为满足不同情况的实际需求,越来越多的具有不同物理,化学和生物特性的纳米粒子被研发出来。在复杂的生物环境下对这些纳米粒子的运输,代谢及生物分布进行定量对于进一步推进纳米医药设计及转化至关重要。而基于传统的荧光探针标记技术只能提供定性的结果,序列可控精准聚合物的出现为解决上述问题提供了机会。基于以上科学问题,本论文聚焦于精准序列可控数码高分
学位
随着新的体育与健康课程标准实施,许多小学体育教师都清楚地感觉到教育部对于体育课程的重视,也开始反思自己过去的教学模式该如何改变才能保证将新的课程标准执行好。在过去的小学体育教学当中,许多小学体育教师在教学过程当中都十分注重体育课程内容的精彩程度,力求让丰富多彩的课程内容来吸引学生进行体育锻炼,也就是将体育课程的重点放在了当堂教学中。但体育锻炼是一个长期的过程,需要学生坚持不懈地进行,所以小学体育教
期刊
人才是稀缺资源,企业的发展受到其质量的影响。人力资源管理不仅是企业管理制度的核心功能,也是获得持续竞争力的关键。在人才不稳定、流失率高的后疫情时代,传统模式的人力资源管理不能够应对当下的重重挑战。行业竞争日益激烈,企业压力越来越大,很多小型企业疲于应对外界环境压力,往往忽略对企业内部人才进行规范化管理。造成员工效能低下,工作质量不佳、消极怠工,甚至人才流失等严重后果。因缺乏行之有效的科学完善的人力
学位
在环境和能源问题愈发重要的今天,以有害的COx小分子为碳源,将其高效催化转化成目标产物成为人们关注的焦点。其核心问题是研发高效催化剂,而明确催化剂的活性结构和催化反应机制能够帮助研发高效的催化剂,但仅靠实验研究很难实现这个目标。本论文利用基于密度泛函理论的理论计算,与实验合作,通过构造与实际催化剂相对应的模型结构,模拟表面反应路径,深入研究具有不同结构的ZnO/Cu和Ag/TiO2等催化剂在COx
学位