异质层状材料moo3和膨胀石墨共球磨及其超级电容性能研究【字数：9602】
摘 要本文利用循环伏安法和恒、变倍率充放电测试法，在全方位行星式球磨机中制作MoO3/C混合物，在此基础上研究材料的电容大小和循环性能与不同尺寸球磨珠质量配比间的关系，再通过交流阻抗充分确定合成物料的电化学性能。实验采用MoO3与膨胀石墨两种二维材料混合球磨的方法制备，MoO3具有优良的层状结构，属于过渡金属氧化物有利于超电测试中充放电离子的嵌入和脱嵌，同时膨胀石墨优良的吸附和疏松的孔结构将其牢固的吸附在上面，通过在1mol/L的H2SO4电解液中用三电极体系中使用变电流充放电和恒电流充放电的测试方法，来研究MoO3/C的复合材料的放点比容量变化规律。再通过测量MoO3/C中CV图谱的循环圈数的重合率，阻抗低频区的斜率来表征实验测试样品的循环性能和电化学性能好坏，研究结果表明MoO3/C与球磨珠配比为1:1（5mm质量2mm质量）时循环性能和电容性能最优，在变倍率不同的电流密度测试中和恒倍率相同的电流密度测试中1:1和全5mm的放电比容量较好。而3:1、6:1和全2mm的在恒倍率和变倍率中放电比容量则较差，CV测试中1:1和5mm的圈数重合率最高，没有较大的不可逆比容量损失说明循环性能较好。阻抗测试中，高频区斜率重合且图形中都不具有半圆弧，说明阻抗都比较大，低频区斜率1:1则是其中最大的，说明离子的扩散速度最快阻碍最小，而3:1、6:1和全5mm、全2mm的斜率都较小，说明离子扩散的速度较慢、阻抗较大。实验分析结果表明MoO3/C的复合材料电容性能和循环性能最好的1:1的样品，MoO3/C与不同尺寸球磨珠质量配比之间不具有关联规律。
目 录
1.绪论 1
1.1超级电容器 1
1.1.1超级电容器的简介 1
1.1.2超级电容器材料的基本性能和指标 2
1.2超级电容器发展历程及其现状 3
1.2.1超级电容器的发展历程 3
1.2.2超级电容器的研究现状以及存在的问题 4
1.3三氧化钼与膨胀石墨球磨混合制备超级电容器的方法与改性研究 5
2.实验研究方法 6
2.2原料与试剂 6
2.2实验仪器与设备 6
2.3超级电容器制备工艺 6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.MoO3/C超级电容器电化学性能 8
3.1 MoO3/C超级电容器冲放电恒倍率 9
3.2 MoO3/C超级电容器冲放电变倍率 10
3.3 CV 11
3.4阻抗 12
4.结论 13
参考文献 14
致谢 15
1. 绪论
1.1超级电容器
1.1.1超级电容器的简介
由于在当代社会的快速发展，超级电容器的需求得到了很大的提高。其显著的实际应用极为有效地改变了人类生活和工作的方式，在生产生活中超级电容器起到的作用是无法被取代的。另一方面超级电容器由于其良好的循环性能在高科技领域具有很大的应用前景。超级电容器的出现已经使越来越多的科研人员投入超电的研究大潮中去。高放电比容量、低冲放电电阻和高的放电效率单位质量的放电比容等工作人员的研究也开始多样化。从超级电容器的活性物质再到超级电容器的载体性能当然还有超级电容器的电解液等都已经开始成为广大科研人员的研究方向，当然超级电容器的充放电性能越来越开始成为研究的重点课题，如何找到具有更好的充放电比容的活性物质成为了现在超电研究中一个比较困难的壁垒。良好的循环性能、高充放电比容、良好的充放电效率已经成为衡量超级电容器好坏的三个重要指标。此外超级电容器也与传统电容器有很大的不同具体在以下几个方面；传统电容器由电极和电解质构成，电极间的电解质在电场作用下产生极化效应而储存能量，而超级电容则不存在介质，是依靠电解质与电极接触界面上形成的特有双层结构储存能量。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引电解质的正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
作为一种新型储能元件，电化学电容器的电容量可高达法拉级型甚至上万法拉，能够实现快速充放电和大电流放电，比蓄电池具有更高的功率密度(可达1000w/kg数量级)和更长的循环使用寿命(充放电次数可达10万次)，同时可在极低温等极端恶劣的环境中使用，并且无环境污染，在近期内，超级电容极低的比能量使得它不可能单独用作电动汽车能量源，但使用超级电容作辅助能量源具有显著优点。在电动汽车上使用的最佳组合为电池一超级电容混合能量系统，从而使得电动汽车对电池的比能量和比功率要求分离开来。电池设计可以集中于对比能量和循环寿命要求的考虑，而不必过多地考虑比功率问题。由于超级电容的负载均衡作用，电池的放电电流得到减少，从而使电池的可利用能量、使用寿命得到显著提高。而且与电池相比，超级电容可以迅速高效地吸收电动汽车制动产生的再生动能。正是如此超级电容器在我国的汽车生产和科技进步方面有了一个更大的突破口。
超级电容器制作电动汽车，是基于超级电容器快速的充电性能良好的循环性能稳定高效的充放电效率基础上制造的。已知超级电容器器的循环可以到达一万圈的程度在此过程中其充放电比容量下降的并不多，循环的效率稳定性很高，都在95%至100%之间，放电比容量保持稳定下降，幅度不大。基于超电的此种特性我们在应用时通常在大型设备中加入几千个超级电容器一起为设备进行充放电工作，对单个超级电容器的放电比容量进行一个叠加是现在在大型设备上应用的一种广泛模式。单个超级电容器是不能满足大型充放电设备的实际应用要求的。
近年来，超级电容在混合动力系统、低温启动系统及车辆24V电源系统中都得到了应用。美国的Maxwell、韩国的Ness、俄罗斯ESMA以及一些日本公司都已经实现了超级电容的批量化生产，我国也进行了超级电容的研发并进行了小批量生产和装车试验。但在超级电容器广泛应用于电动汽车之前，提高其性能尤其是比容量，以及降低成本，成为迫切需要解决的问题。
1.1.2超级电容器材料的基本性能
在超级电容器的基础性能中共有六个衡量指标每个指标都可以反应所制作的超电材料的性能好坏分别为比容量、能量密度、功率密度、循环寿命、倍率性能、阻抗。
比容量；超电材料中采用质量比容量来计算指单位质量内的活性物质所放出的电量。
能量密度；单位体积内的包含的能量，单位：焦耳/立方米，千焦/立方米，兆焦/立方米，量纲M(L^1)(T^2)。用来衡量电池最合适，比较单位体积的电池所储存的电量。
功率密度；功率密度是指动力电池能输出最大的功率除以整个燃料电池系统的重量或体积，单位是瓦／公斤或瓦／升。
循环寿命；完成一次充放电的次数充放电次数越多说明循环寿命越好。
倍率性能；指在多种不同倍率充放电电流下表现出的容量大小、保持率和恢复能力。
阻抗；是电路中电阻、电感、电容对交流电的阻碍作用的统称。阻抗的单位是欧。
1.2超级电容器技术发展及其现状
1.2.1超级电容器的发展历程
目 录
1.绪论 1
1.1超级电容器 1
1.1.1超级电容器的简介 1
1.1.2超级电容器材料的基本性能和指标 2
1.2超级电容器发展历程及其现状 3
1.2.1超级电容器的发展历程 3
1.2.2超级电容器的研究现状以及存在的问题 4
1.3三氧化钼与膨胀石墨球磨混合制备超级电容器的方法与改性研究 5
2.实验研究方法 6
2.2原料与试剂 6
2.2实验仪器与设备 6
2.3超级电容器制备工艺 6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.MoO3/C超级电容器电化学性能 8
3.1 MoO3/C超级电容器冲放电恒倍率 9
3.2 MoO3/C超级电容器冲放电变倍率 10
3.3 CV 11
3.4阻抗 12
4.结论 13
参考文献 14
致谢 15
1. 绪论
1.1超级电容器
1.1.1超级电容器的简介
由于在当代社会的快速发展，超级电容器的需求得到了很大的提高。其显著的实际应用极为有效地改变了人类生活和工作的方式，在生产生活中超级电容器起到的作用是无法被取代的。另一方面超级电容器由于其良好的循环性能在高科技领域具有很大的应用前景。超级电容器的出现已经使越来越多的科研人员投入超电的研究大潮中去。高放电比容量、低冲放电电阻和高的放电效率单位质量的放电比容等工作人员的研究也开始多样化。从超级电容器的活性物质再到超级电容器的载体性能当然还有超级电容器的电解液等都已经开始成为广大科研人员的研究方向，当然超级电容器的充放电性能越来越开始成为研究的重点课题，如何找到具有更好的充放电比容的活性物质成为了现在超电研究中一个比较困难的壁垒。良好的循环性能、高充放电比容、良好的充放电效率已经成为衡量超级电容器好坏的三个重要指标。此外超级电容器也与传统电容器有很大的不同具体在以下几个方面；传统电容器由电极和电解质构成，电极间的电解质在电场作用下产生极化效应而储存能量，而超级电容则不存在介质，是依靠电解质与电极接触界面上形成的特有双层结构储存能量。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引电解质的正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
作为一种新型储能元件，电化学电容器的电容量可高达法拉级型甚至上万法拉，能够实现快速充放电和大电流放电，比蓄电池具有更高的功率密度(可达1000w/kg数量级)和更长的循环使用寿命(充放电次数可达10万次)，同时可在极低温等极端恶劣的环境中使用，并且无环境污染，在近期内，超级电容极低的比能量使得它不可能单独用作电动汽车能量源，但使用超级电容作辅助能量源具有显著优点。在电动汽车上使用的最佳组合为电池一超级电容混合能量系统，从而使得电动汽车对电池的比能量和比功率要求分离开来。电池设计可以集中于对比能量和循环寿命要求的考虑，而不必过多地考虑比功率问题。由于超级电容的负载均衡作用，电池的放电电流得到减少，从而使电池的可利用能量、使用寿命得到显著提高。而且与电池相比，超级电容可以迅速高效地吸收电动汽车制动产生的再生动能。正是如此超级电容器在我国的汽车生产和科技进步方面有了一个更大的突破口。
超级电容器制作电动汽车，是基于超级电容器快速的充电性能良好的循环性能稳定高效的充放电效率基础上制造的。已知超级电容器器的循环可以到达一万圈的程度在此过程中其充放电比容量下降的并不多，循环的效率稳定性很高，都在95%至100%之间，放电比容量保持稳定下降，幅度不大。基于超电的此种特性我们在应用时通常在大型设备中加入几千个超级电容器一起为设备进行充放电工作，对单个超级电容器的放电比容量进行一个叠加是现在在大型设备上应用的一种广泛模式。单个超级电容器是不能满足大型充放电设备的实际应用要求的。
近年来，超级电容在混合动力系统、低温启动系统及车辆24V电源系统中都得到了应用。美国的Maxwell、韩国的Ness、俄罗斯ESMA以及一些日本公司都已经实现了超级电容的批量化生产，我国也进行了超级电容的研发并进行了小批量生产和装车试验。但在超级电容器广泛应用于电动汽车之前，提高其性能尤其是比容量，以及降低成本，成为迫切需要解决的问题。
1.1.2超级电容器材料的基本性能
在超级电容器的基础性能中共有六个衡量指标每个指标都可以反应所制作的超电材料的性能好坏分别为比容量、能量密度、功率密度、循环寿命、倍率性能、阻抗。
比容量；超电材料中采用质量比容量来计算指单位质量内的活性物质所放出的电量。
能量密度；单位体积内的包含的能量，单位：焦耳/立方米，千焦/立方米，兆焦/立方米，量纲M(L^1)(T^2)。用来衡量电池最合适，比较单位体积的电池所储存的电量。
功率密度；功率密度是指动力电池能输出最大的功率除以整个燃料电池系统的重量或体积，单位是瓦／公斤或瓦／升。
循环寿命；完成一次充放电的次数充放电次数越多说明循环寿命越好。
倍率性能；指在多种不同倍率充放电电流下表现出的容量大小、保持率和恢复能力。
阻抗；是电路中电阻、电感、电容对交流电的阻碍作用的统称。阻抗的单位是欧。
1.2超级电容器技术发展及其现状
1.2.1超级电容器的发展历程
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