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目前为解决化石燃料带来的能源瓶颈和环境污染问题,新型储能材料成为了国内外的研究热点。本论文根据锂离子电池和超级电容器工作的原理,设计了一种以碳为正、负极材料,阴阳离子双嵌入的新型储能器(简称储能器)。该储能器的正、负极都没有锂离子,阴阳离子由电解质溶液提供,在充电时阴阳离子分别向正、负极迁移,并嵌入到正、负极的碳层中,电子则从正极的碳上经外电路进入负极的碳中,以平衡负极中阳离子的正电荷。本文开展了电解质溶液和碳电极材料方面的研究。论文首先研究了普通电解质溶液和不同离子液体电解质溶液中锂离子或者其他离子嵌入CMB-N7中间相炭微球碳层的行为。结果表明,采用普通电解质溶液80-3(1.Omol/L LIPF6/(EC+DMC),Microvast 公司)的电池在 CMB-N7 中间相炭微球上只能进行锂离子的嵌入,而采用离子液体电解质溶液时可同时嵌入锂离子和离子液体阳离子。采用80-3电解质溶液的CMB-N7中间相炭微球对称电极纽扣储能器不能正常工作,而采用离子液体电解质溶液的对称储能器能够正常工作,其中最好的是IL-2离子液体(1-乙基-1-甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺)作为电解质溶液,对称电极储能器20次循环的平均放电比容量达到62mAh/g,平均充放电效率为48%。然后,考察了 IL-2离子液体基对称储能器中不同碳材料的充放电性能。结果表明,比容量较高的是天然鳞片状石墨和CMB-N7中间相炭微球拥有相同的嵌入与脱嵌行为,但是后者的充放电效率较低、成本较高,所以最好的碳电极材料是廉价丰富的天然鳞片状石墨,;采用砂磨方法将天然鳞片状石墨制成不同粒度的电极材料,并进一步组装储能器进行测试,结果表明,对称储能器中粒度D50=6.531μm的天然鳞片状石墨电极材料较好,储能器在20次循环的平均放电比容量为85mAh/g,平均充放电效率为57%。该储能器容量的提升是因为正负极天然鳞片状石墨经过砂磨处理,XRD表征结果石墨层间距增大,阴阳离子更容易嵌入和脱嵌。最后,研究了正、负极采用不同碳材料的非对称储能器的循环性能。先采用粒度D50=6.531μm的天然鳞片状石墨材料制作负极极片,将未经砂磨处理的不同碳基材料制成正极极片,组装以IL-2离子液体为电解质的储能器,筛选出较好的正极材料为天然鳞片状石墨;然后以砂磨处理过的不同碳基材料作为正极材料,以未经砂磨处理的碳基材料作为负极材料,组装以IL-2离子液体为电解质的组合非对称储能器,测试其循环性能,得到最优组合性能匹配的正极材料和负极材料,其中最优正极材料为D50=6.531μm的砂磨鳞片状天然鳞片状石墨,负极材料为未经砂磨的天然鳞片状石墨,该储能器在20次循环的平均放电比容量达到84mAh/g,平均放电效率60.9%。该储能器结果验证了离子液体电解质溶液的阳离子对负极碳材料的嵌入比较容易。