法拉第准电容论文_蒋绍阶,张若汉,熊关全

导读:本文包含了法拉第准电容论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译,主要关键词:法拉第,电容,氢氧化物,库伦,电场,电化学,氧化物。

法拉第准电容论文文献综述

蒋绍阶,张若汉,熊关全[1](2017)在《电容去离子过程电吸附行为与法拉第反应关系及去除水体硬度》一文中研究指出采用活性炭涂层电极,研究了电容去离子过程中电吸附行为与法拉第反应之间的关系,同时以CaCl_2和MgCl_2溶液模拟硬度水体,探讨了电容去离子技术对硬度去除的可持续性。结果表明,随着电压的升高,电容去离子过程中有不同的法拉第反应发生,同时阴离子的电吸附行为促进了溶解氧和H_2O_2的还原;阳离子的电吸附行为促进了活性炭电极的氧化和水的电解,Cl~-的氧化不是出水pH变化的主要原因。电容去离子装置在去除钙镁离子时表现了很好的可持续性,钙镁离子不会对活性炭电极造成结垢问题。(本文来源于《水处理技术》期刊2017年09期)

宋禹[2](2017)在《碳电极部分剥离及其与法拉第赝电容材料复合研究》一文中研究指出电极材料是决定超级电容器储能性能的关键,将石墨烯等以双电层储能为主的碳材料与法拉第赝电容材料(过渡金属氧化物及导电聚合物)组合,是高性能新型超级电容器电极材料的重要发展方向。然而,在利用传统方法制备的这类复合电极材料中,石墨烯片之间的导电通路易被法拉第赝电容材料阻隔,难以形成通畅的导电网络,阻碍了石墨烯优异导电特性的有效发挥。为了解决相关问题,本文采用高效、可控的电化学技术对碳电极(石墨箔及碳纤维布)进行原位电化学部分剥离,合成了叁种叁维导电碳基底。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)等手段对其进行表征,利用接触角测试观测其润湿性,利用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗(EIS)等研究其电化学性能。然后,在部分剥离石墨烯表面原位电化学生长二氧化锰、聚吡咯、氧化钒、及钴-镍双氢氧化物等法拉第赝电容材料。利用SEM、TEM、XPS、X射线粉末衍射(XRD)等手段对其进行表征,利用循环伏安、恒电流充放电、EIS等研究其电化学性能。通过与叁维多孔碳集流体复合,解决法拉第赝电容材料储能倍率低、循环寿命短等制约其实际应用的关键问题,为高性能超级电容器电极材料设计合成提供新的思路。论文主要包括以下几个方面内容:(1)设计高效、绿色、可控的电化学实验方法,首次对碳电极(石墨箔及碳纤维布)进行了部分电化学剥离研究。首先,对石墨箔电极进行了两步电化学剥离,制备了功能化部分剥离石墨箔电极(FEG)。第二,对碳布上的碳纤维进行了部分电化学剥离研究,制备了部分剥离碳布电极(ECC)。最后,对石墨箔电极进行了深度剥离研究,经后续还原后,制备了由表面剥离石墨烯、中部离子插入剥离层和底层石墨基底构成的还原叁层石墨箔电极(RTG)。在部分剥离研究中,通过严格控制电化学剥离参数,使大量小的石墨单元(例如石墨烯、石墨片)从基体中部分剥开,而非完全剥落进入溶液。剥离开的石墨单元均匀布满基底表面,且与基底无缝连接,并近乎呈垂直取向,形成叁维快速导电网络,为法拉第赝电容材料提供先进叁维集流体。'部分电化学剥离过程中,在剥开的石墨单元中引入适量含氧官能团,为后续赝电容材料原位生长提供活性位点,促进赝电容材料微纳结构在叁维集流体上均匀生长。适量含氧官能团的存在还可加强金属氧化物、导电聚合物等赝电容材料与碳基底之间的相互作用,诱导协同效应,提高电容性能。部分剥离的石墨单元具有良好的机械柔性,可缓冲循环储能过程中赝电容材料体积变化引起的稳定性问题,提高材料使用寿命。而RTG本身就具有良好的电容性能,在2 mA cm-2的电流密度下,其面积比电容高达820 mFcm-2,是未处理石墨箔电极的近400倍。电化学阻抗测试结果表明,RTG的等效串联电阻仅为0.6Ω,具有优异的电子导电性。RTG也表现出优秀的倍率性能,当电流密度增加至100 mA cm-2后,RTG可保持75%的比电容。此外,经过10000次恒电流充放电,RTG的比电容维持率高达94%,表明其具有良好的电化学稳定性。(2)利用电化学技术,在FEG上的石墨烯表面原位生长了二氧化锰纳米片阵列,有效解决了常规石墨烯基复合材料存在的赝电容材料堵塞石墨烯片之间导电通路的问题。二氧化锰纳米片阵列和FEG上近乎直立的叁维分布石墨烯构成多级微纳结构,有效促进了电解液在电极材料中的传质和电子传导,大大提高了电极的电化学性能。制备的FEG/MnO2电极上,二氧化锰的比电容高达1061 F g-1,接近其理论比电容。在RTG表面原位电化学生长了二氧化锰,制备RTG/MnO2电极。以其为正极,RTG为负极,组装了超级电容器RTG//RTG/MnO2,探索实际储能应用。以包含集流体质量在内的两个电极整体质量计算,功率密度为97 Wkg-1时,RTG//RTG/Mn02的能量密度为9 Wh kg-1,当功率密度为2466 W kg-1时,其能量密度仍高达6.4 Wh kg-1,与类似电容器相比,具有很好的储能优势。RTG//RTG/MnO2也表现出优异的电化学稳定性,经1万次循环充放电后,比电容仅衰减6%。(3)采用电化学聚合法在FEG表面原位生长聚吡咯薄膜,首次通过两个途径解决聚吡咯材料电化学稳定性差的问题。首先,利用空间位阻效应明显的β-萘磺酸根与聚吡咯进行固定掺杂,有效抑制“对阴离子排出”效应,保证极化子浓度,从而维持聚吡咯的良好导电性。第二,通过与FEG基底表面柔性石墨烯复合,缓冲循环充放电过程中聚吡咯的膨胀-收缩带来的机械张力,防止聚吡咯结构粉化、崩塌。经1万次连续充放电循环后,制备的FEG/PPy-NS电极比电容维持率高达97.5%。以FEG/PPy-NS为负极,FEG/MnO2为正极组装的非对称超级电容器FEG/PPy-NS//FEG/MnO2也表现出优异的电化学稳定性,10000次充放电循环后,比电容无明显衰减。此外,当功率密度为1000Wkg-1时,FEG/PPy-NS//FEG/MnO2的能量密度达75 Wh kg-1。(4)采用循环伏安技术,在FEG上石墨烯片表面原位生长厚度为5~10 nm的超薄钴-镍双氢氧化物纳米片。互相堆迭连接的双氢氧化物纳米片与FEG表面石墨烯组合,形成多级微纳结构,可有效增大活性表面积,缩短离子传输距离。此外,与FEG基底无缝连接的石墨烯可为钴-镍双氢氧化物搭建快速电子传导通道。因此,整个电极的动力学性能得以提升,使电池型的钴-镍双氢氧化物材料体现出法拉第赝电容特性,并表现出优异的倍率性能。在1Ag-1电流密度下,FEG/Ni-Co DH的比电容高达2442 F g-1。当电流密度提升50倍后,其比电容维持率可达83.5%。以FEG/Ni-CoDH为正极、FEG/PPy为负极,组装了超级电容器。超级电容器容量的快速衰减,是因储能过程中聚吡咯发生“过氧化”而快速降低比电容所致。为了解决此问题,本文首次提出了“非均衡电荷匹配”方案,通过优化正负极在循环充放电过程中的电荷存储电位区间,有效提升了整个器件的电化学稳定性。经过5千次连续循环充放电后,电容器的比电容维持率可达91%。当输出功率为650 Wkg-1时,电容器的能量密度可达60Whkg-1。(5)采用电化学沉积法,在部分剥离碳布电极ECC表面原位生长混合价态氧化钒纳米晶须,并通过后续电化学还原步骤,优化氧化钒中V(IV)与V(V)比例。研究表明,适量增加V(IV)与V(V)比例可有效抑制氧化钒在循环充放电过程中的溶解流失。此外,电化学剥离后,碳布上碳纤维的表层碳壳含有丰富含氧官能团,可与氧化钒形成O-V键,增强二者相互作用。该碳壳还可作为柔性基底,缓冲氧化钒在充放电过程中产生的形变应力,防止其结构粉化、坍塌。经过此双重调控,制备的ECC/RVOx电极在10万次充放电循环后,比电容未见明显衰减,体现出极为优异的循环稳定性。此外,利用SEM,XPS及EIS等测试手段,深入探讨了氧化钒在循环充放电过程中的活化机制。(本文来源于《东北大学》期刊2017-04-01)

王士良[3](2016)在《(绝对)电容率和法拉第广义电容率》一文中研究指出国际电工界认为,场和路的统一关系是有普遍意义的,这里当然包括库伦电场强度E_库与直流电场强度E的对等统一关系。但是E是在E_库基础上发展而来的,发展前的E_库和发展后的E是不可能完全相等的。基于E_库=E之上的(绝对)电容率定义子句是站不住脚的。发展的概念意味着E_库变成了E,或者说用E去替代E_库,更或者说用E的规则D-εE去替代E_库的规则D_库=εE_库。总而言之,(绝对)电容率的定义子句理应被法拉第广义电容率的定义子句所替代。(本文来源于《前沿科学》期刊2016年02期)

王士良[4](2014)在《法拉第广义电容率定义的研究》一文中研究指出外电源给予的直流电场强度E的规则D=εE不同于库伦电场强度E库的规则D库=εE库。E=E库的混合规则D(=D库)=εE给(绝对)电容率ε的定义提供了依据。E=E库式子不能成立,D(=D库)=εE式子也不能成立。所以当今电介质的(绝对)电容率ε定义必须修改。当初法拉第电容率的定义是在直流电场下发现的。这一发现与库伦电场无关。法拉第电容率定义的特征可用D(=εE)与ε成正比来表示。D0=ε0E,D=εE,D?=ε?E~和[Dij]=[εij]E都是法拉第广义电容率定义的依据。用法拉第广义电容率的定义去替代IEC 60050 121出版物的(绝对)电容率定义符合了历史发展的必然趋势。最后本文还对交变库伦电场的问题进行了探讨。(本文来源于《前沿科学》期刊2014年04期)

法拉第准电容论文开题报告

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

电极材料是决定超级电容器储能性能的关键,将石墨烯等以双电层储能为主的碳材料与法拉第赝电容材料(过渡金属氧化物及导电聚合物)组合,是高性能新型超级电容器电极材料的重要发展方向。然而,在利用传统方法制备的这类复合电极材料中,石墨烯片之间的导电通路易被法拉第赝电容材料阻隔,难以形成通畅的导电网络,阻碍了石墨烯优异导电特性的有效发挥。为了解决相关问题,本文采用高效、可控的电化学技术对碳电极(石墨箔及碳纤维布)进行原位电化学部分剥离,合成了叁种叁维导电碳基底。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)等手段对其进行表征,利用接触角测试观测其润湿性,利用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗(EIS)等研究其电化学性能。然后,在部分剥离石墨烯表面原位电化学生长二氧化锰、聚吡咯、氧化钒、及钴-镍双氢氧化物等法拉第赝电容材料。利用SEM、TEM、XPS、X射线粉末衍射(XRD)等手段对其进行表征,利用循环伏安、恒电流充放电、EIS等研究其电化学性能。通过与叁维多孔碳集流体复合,解决法拉第赝电容材料储能倍率低、循环寿命短等制约其实际应用的关键问题,为高性能超级电容器电极材料设计合成提供新的思路。论文主要包括以下几个方面内容:(1)设计高效、绿色、可控的电化学实验方法,首次对碳电极(石墨箔及碳纤维布)进行了部分电化学剥离研究。首先,对石墨箔电极进行了两步电化学剥离,制备了功能化部分剥离石墨箔电极(FEG)。第二,对碳布上的碳纤维进行了部分电化学剥离研究,制备了部分剥离碳布电极(ECC)。最后,对石墨箔电极进行了深度剥离研究,经后续还原后,制备了由表面剥离石墨烯、中部离子插入剥离层和底层石墨基底构成的还原叁层石墨箔电极(RTG)。在部分剥离研究中,通过严格控制电化学剥离参数,使大量小的石墨单元(例如石墨烯、石墨片)从基体中部分剥开,而非完全剥落进入溶液。剥离开的石墨单元均匀布满基底表面,且与基底无缝连接,并近乎呈垂直取向,形成叁维快速导电网络,为法拉第赝电容材料提供先进叁维集流体。'部分电化学剥离过程中,在剥开的石墨单元中引入适量含氧官能团,为后续赝电容材料原位生长提供活性位点,促进赝电容材料微纳结构在叁维集流体上均匀生长。适量含氧官能团的存在还可加强金属氧化物、导电聚合物等赝电容材料与碳基底之间的相互作用,诱导协同效应,提高电容性能。部分剥离的石墨单元具有良好的机械柔性,可缓冲循环储能过程中赝电容材料体积变化引起的稳定性问题,提高材料使用寿命。而RTG本身就具有良好的电容性能,在2 mA cm-2的电流密度下,其面积比电容高达820 mFcm-2,是未处理石墨箔电极的近400倍。电化学阻抗测试结果表明,RTG的等效串联电阻仅为0.6Ω,具有优异的电子导电性。RTG也表现出优秀的倍率性能,当电流密度增加至100 mA cm-2后,RTG可保持75%的比电容。此外,经过10000次恒电流充放电,RTG的比电容维持率高达94%,表明其具有良好的电化学稳定性。(2)利用电化学技术,在FEG上的石墨烯表面原位生长了二氧化锰纳米片阵列,有效解决了常规石墨烯基复合材料存在的赝电容材料堵塞石墨烯片之间导电通路的问题。二氧化锰纳米片阵列和FEG上近乎直立的叁维分布石墨烯构成多级微纳结构,有效促进了电解液在电极材料中的传质和电子传导,大大提高了电极的电化学性能。制备的FEG/MnO2电极上,二氧化锰的比电容高达1061 F g-1,接近其理论比电容。在RTG表面原位电化学生长了二氧化锰,制备RTG/MnO2电极。以其为正极,RTG为负极,组装了超级电容器RTG//RTG/MnO2,探索实际储能应用。以包含集流体质量在内的两个电极整体质量计算,功率密度为97 Wkg-1时,RTG//RTG/Mn02的能量密度为9 Wh kg-1,当功率密度为2466 W kg-1时,其能量密度仍高达6.4 Wh kg-1,与类似电容器相比,具有很好的储能优势。RTG//RTG/MnO2也表现出优异的电化学稳定性,经1万次循环充放电后,比电容仅衰减6%。(3)采用电化学聚合法在FEG表面原位生长聚吡咯薄膜,首次通过两个途径解决聚吡咯材料电化学稳定性差的问题。首先,利用空间位阻效应明显的β-萘磺酸根与聚吡咯进行固定掺杂,有效抑制“对阴离子排出”效应,保证极化子浓度,从而维持聚吡咯的良好导电性。第二,通过与FEG基底表面柔性石墨烯复合,缓冲循环充放电过程中聚吡咯的膨胀-收缩带来的机械张力,防止聚吡咯结构粉化、崩塌。经1万次连续充放电循环后,制备的FEG/PPy-NS电极比电容维持率高达97.5%。以FEG/PPy-NS为负极,FEG/MnO2为正极组装的非对称超级电容器FEG/PPy-NS//FEG/MnO2也表现出优异的电化学稳定性,10000次充放电循环后,比电容无明显衰减。此外,当功率密度为1000Wkg-1时,FEG/PPy-NS//FEG/MnO2的能量密度达75 Wh kg-1。(4)采用循环伏安技术,在FEG上石墨烯片表面原位生长厚度为5~10 nm的超薄钴-镍双氢氧化物纳米片。互相堆迭连接的双氢氧化物纳米片与FEG表面石墨烯组合,形成多级微纳结构,可有效增大活性表面积,缩短离子传输距离。此外,与FEG基底无缝连接的石墨烯可为钴-镍双氢氧化物搭建快速电子传导通道。因此,整个电极的动力学性能得以提升,使电池型的钴-镍双氢氧化物材料体现出法拉第赝电容特性,并表现出优异的倍率性能。在1Ag-1电流密度下,FEG/Ni-Co DH的比电容高达2442 F g-1。当电流密度提升50倍后,其比电容维持率可达83.5%。以FEG/Ni-CoDH为正极、FEG/PPy为负极,组装了超级电容器。超级电容器容量的快速衰减,是因储能过程中聚吡咯发生“过氧化”而快速降低比电容所致。为了解决此问题,本文首次提出了“非均衡电荷匹配”方案,通过优化正负极在循环充放电过程中的电荷存储电位区间,有效提升了整个器件的电化学稳定性。经过5千次连续循环充放电后,电容器的比电容维持率可达91%。当输出功率为650 Wkg-1时,电容器的能量密度可达60Whkg-1。(5)采用电化学沉积法,在部分剥离碳布电极ECC表面原位生长混合价态氧化钒纳米晶须,并通过后续电化学还原步骤,优化氧化钒中V(IV)与V(V)比例。研究表明,适量增加V(IV)与V(V)比例可有效抑制氧化钒在循环充放电过程中的溶解流失。此外,电化学剥离后,碳布上碳纤维的表层碳壳含有丰富含氧官能团,可与氧化钒形成O-V键,增强二者相互作用。该碳壳还可作为柔性基底,缓冲氧化钒在充放电过程中产生的形变应力,防止其结构粉化、坍塌。经过此双重调控,制备的ECC/RVOx电极在10万次充放电循环后,比电容未见明显衰减,体现出极为优异的循环稳定性。此外,利用SEM,XPS及EIS等测试手段,深入探讨了氧化钒在循环充放电过程中的活化机制。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

法拉第准电容论文参考文献

[1].蒋绍阶,张若汉,熊关全.电容去离子过程电吸附行为与法拉第反应关系及去除水体硬度[J].水处理技术.2017

[2].宋禹.碳电极部分剥离及其与法拉第赝电容材料复合研究[D].东北大学.2017

[3].王士良.(绝对)电容率和法拉第广义电容率[J].前沿科学.2016

[4].王士良.法拉第广义电容率定义的研究[J].前沿科学.2014

论文知识图

法拉第准电容器充电状态电位分...原始碳纳米管(a,b),金属锰/碳化锰...一28法拉第准电容产生示意图一2法拉第准电容的原理图法拉第准电容产生示意图法拉第准电容工作原理示意图

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