超级电容器nio与其复合材料的制备与电化学性能

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1、-------湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘

2、潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日-----------第1章引言1.1概述电容器是一种储存电能的元件，具有使用面广、用量大、不可取代的特点。产量约占全球电子元件的40%，产值约占全球电子元件的10%以上，它作为备 用电源被广泛应用于声频/视频设备、调协器、电话机、传真机及计算机等通讯 设备和家用电器中。电容器的研究是从30年代开始的，随着电子工业的

3、发展，先后经历了电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和超级电容器的发展。但是，总的来说，电容器的储存能量相对较小。随着微电子工业和数字技术的发展，能源危机和环境保护成为人类可持续发展战略的核心，对能源储存与转换元器件的要求越来越高，也使得电容器的发展被提升到一个新的高度。超级电容器的出现，正是顺应时代发展的要求。超级电容器是一种相对新型的电容器，它的出现使得电容器的上限容量骤然跃升了3-4个数量级，达到了法拉第级(F)的大容量，所以，它享有“超级电容器(Supercap

4、acitor)”之称[1,2]。超级电容器(Supercapacitor)是一种介于电池与传统静电电容器之间的新概念能量储存器件，与传统静电电容器相比，超级电容器具有更高的比电容，可存储的能量密度为传统静电电容器的10倍以上；与电池相比，超级电容器具有更 大的功率密度值(10倍以上)，且具有瞬间释放大电流、充电时间短、充放电效率 高、循环寿命长的特性。超级电容器、传统静电电容器与电池性能比较如表1.1所示。表1.1静电电容器、超级电容器与电池的性能比较静电电容器超级电容器电池放电时间10-5～10-

5、3s1～30s0.3～3h 充电时间10-6～10-3s1～30s1～5h 能量密度(Wh·Kg-1)<0.11～1020～100 功率密度(W·Kg-1)>10,0001000～200050～200循环效率(%)1.00.90～0.950.7～0.85循环寿命(次)∞>100,000500～2000-----------图1.1为传统电容器、电池和超级电容器的恒流放电特性曲线。由图1.1可知，电池的放电出现平台，电压保持不变。超级电容器和传统电容器一样，放电1-----------曲线呈一条直线，

6、电压随放出电荷的增加而线性减少。对于超级电容器来说，恒流放电时，电压和时间呈线性关系，dψ/dt为恒定值。1.1超级电容器dΨ/dt很小C很大C=I/(dΨ/dt)21.2电池dΨ/dt=0C→∞311.电解电容器dΨ/dt很大C很小时间图1.1传统电解电容器、超级电容器和电池的放电特性超级电容器的上述特点使得它在短时大功率放电应用方面有着无可替代的作用，填补了静电电容器与蓄电池这两类储能器件之间的空白。从表1.1和图1.1可以看出超级电容器具有静电电容器和蓄电池所无法比拟的优点：(1)超级电容器高

7、于蓄电池的功率密度和更长的循环寿命，这是超级电容器受到广泛关注的因素之一。尤其是将两者结合组成复合电源，从而弥补蓄电池功率密度不高的缺陷，超级电容器这一特性在电动汽车中的应用可以提供启动时高功率放电电流，延长蓄电池的使用寿命。(2)超级电容器的能量密度高于静电电容器。在对能量密度需求高的应用方 面，可以替代静电电容器。特别是超级电容器的工作电压一般在1-4V范围，易于同蓄电池混合使用组成复合电源。随着电子仪器迅速向小型化方向发展，用作备用电源的大容量超级电容器成为必不可少的关键性元器件[3-7]。作

8、为一种储能元件，由于具有体积小、容量大、过电压不击穿、使用寿命长等特点，已广泛应用于储存器件的备用电源、与太阳能电池、燃料电池、锂离子电池等二次电源构成复合电源、声频/视频设备、调谐器、通讯设备及各种家用电器中瞬间电压波动情况下的辅助电源[8,9]。在军事上，应用安培级大电流放电的超级电容器单独或与蓄电池构成飞机、坦克、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船空间站和潜艇等的点火或启动电源；美国的PinnacleResearchInstitute（PRI）从1982年就开始利用