【摘 要】
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随着全球经济的快速发展,由于化石燃料的大量使用,环境污染问题日益严重,人们对发展高效、清洁、可持续能源以及电化学能量存储与转换装置的需求在快速增加。超级电容器由于其充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、绿色环保的优点,而被广泛研究。基于电池型电极材料和赝电容型电极材料的混合超级电容器相较于传统的超级电容器拥有能量密度高的优点。本论文设计了四种不同的超级电容器电极,并将它们耦合成两种储能机制不同的混
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随着全球经济的快速发展,由于化石燃料的大量使用,环境污染问题日益严重,人们对发展高效、清洁、可持续能源以及电化学能量存储与转换装置的需求在快速增加。超级电容器由于其充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、绿色环保的优点,而被广泛研究。基于电池型电极材料和赝电容型电极材料的混合超级电容器相较于传统的超级电容器拥有能量密度高的优点。本论文设计了四种不同的超级电容器电极,并将它们耦合成两种储能机制不同的混合超级电容器。对电极和器件进行了一系列的研究,主要工作包括:（1）我们采用电化学技术制备了Ni（OH）2 NTAs正极,利用Ni（OH）2作为电池型材料所拥有的高比容量的特点来提高超级电容器的比容量。制备的Ni（OH）2 NTAs电极在18m A cm-2的电流密度下拥有314 m F cm-2的高比容量。同时,我们在自支撑CNTs薄膜上沉积了V2O5得到具有三维纳米网络结构的fs-V2O5@CNTs负极,利用CNT改善了V2O5的导电性,并提供高比表面积,从而提升fs-V2O5@CNTs电极的比容量(1 m A cm-2的电流密度下比容量为231 m F cm-2)。然后将上述正、负极组装为Ni（OH）2-V2O5双离子混合超级电容器,该器件拥有最高29.7μWh cm-2的能量密度和最高5.34 m W cm-2的功率密度。该器件在充放电10000次仍保持94.7%的比容量,展现出优秀的循环稳定性。此外,使用PVA/KOH固态电解质将正负极组装为柔性Ni（OH）2-V2O5器件,该器件的最大能量密度和功率密度分别为25.4μWh cm-2和4.66 m W cm-2,优于许多近期报道的固态混合超级电容器。其在充放电10000次以后,仍保留有84.1%的比容量。更重要的是,该Ni（OH）2-V2O5器件具有良好的柔韧性,可进行接近180o的弯折。（2）我们使用水热法制备了K2-xMn8O16NSs/CC正极,由于K+的预嵌和纳米片结构的高比表面积,使该电极在5 m V s-1扫速下展现了824 m F cm-2的高比容量。同时,使用阳极氧化和氨气氮化的方法制备了MPs VN负极,该电极在10 m V s-1的扫速下拥有251 m F cm-2的比容量。由于其电荷转移电阻仅为0.05Ω,即使扫速增大十倍,其仍然保持81.9%的比容量,展现出了优秀的倍率性能。将上述正、负极组装成Mn O2-VN混合超级电容器。该器件最大的能量密度和功率密度分别为156.3μWh cm-2和14.76 m W cm-2,且充放电10000次容量保留率高达92.2%。此外,将三个上述器件串联可以点亮50颗LED组成的阵列。
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