利用纳米颗粒悬浮液减缓超级电容器自放电的研究
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。 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。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， 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1.5V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1.5V时间1209s。
超级电容器;自放电机理;纳米颗粒悬浮液;电流变效应
上海师范大学
硕士
物理化学
卞振锋;卢宪茂
2020
中文
TM53
2020-10-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）