利用纳米颗粒悬浮液减缓超级电容器自放电的研究

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基于双电层机制的超级电容器(SC)具有超长的使用寿命和高度的可靠性,已成为周期性能量存储的重要储能器件。然而,由于快速自放电(self-discharge,SDC)过程导致的能量损失是超级电容器仍然面临一大挑战。目前研究表明,超级电容器自放电机理有法拉第电荷转移,扩散控制的法拉第过程,以及泄漏电流等几种。不同电极材料和电解质SC系统可能会遇到不同的SDC机制。本论文提出使用高介电材料钛酸钡(BaTiO3)纳米颗粒作为电流变材料分散在离子液体1-乙基-3甲基-咪唑四氟硼酸盐(EMIMBF4)作为电解液减缓超级电容器自放电。电流变材料是一种新型的功能材料,具有广泛的应用前景。关于电流变材料,大部分电流变液是由固体颗粒分散在非极性液体中制得的悬浮液,电流变液体中的固体颗粒材料称为电流变材料。电流变液体中的固体颗粒材料(电流变材料)一般为有机半导体材料、无机非金属材料和高分子半导体材料。电流变液体的重要组成部分是分散相和分散介质。作为分散相的应该是具有电流变活性的固体颗粒材料(电流变材料),作为分散介质的应该是绝缘油或其它的非导电型的液体。电流变液在外加电场的作用下,其剪切强度随电场强度的增加而变大,可以实现液固之间快速,连续,可逆的转变,且能耗很低。钛酸钡是一种高介电常数的物质,可以作为电流变液的分散相,在电场作用下,能改变流体的流变性能,使液体粘度增大。基于以上考虑,本论文通过水热法合成钛酸钡纳米颗粒,将其分散在超级电容器电解液中,期望利用其电流变效应减缓吸附在电极表面的带电离子因扩散、电荷再分布造成的超级电容器自放电。碳化海绵无毒、价廉作为本工作中的经济、环境友好的电极材料。实验结果表明,钛酸钡(BaTiO3)纳米颗粒作为电极材料加入电解液,能较好地减缓超级电容器自放电。基于利用粒径11nm的钛酸钡(BaTiO3@Urea)作为电流变材料添加到双电层电容器电解液中,电容器电压从2.0降到1.5 V耗时995s。而基于利用粒径17nm钛酸钡(BaTiO3@Urea)作为电流变材料添加到电解液中,再组装成电容器,电容器电压从2.0降到1.5 V时间1209s。
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