氧化还原活性凝胶聚合物电解质及鸡蛋膜在超级电容器中的应用

Presentation on theme: "氧化还原活性凝胶聚合物电解质及鸡蛋膜在超级电容器中的应用"— Presentation transcript:

1 氧化还原活性凝胶聚合物电解质及鸡蛋膜在超级电容器中的应用
答辩：xxx 导师：xxx 教授 亲爱的老师、同学大家好！非常荣幸大家来参加我的毕业答辩！ 今天我讲的内容是。。。。。。。 我的导师：。。。。。

2 内容概要 选题依据 实验及结果讨论 结论与展望 我的内容主要分为：。。。。。。四部分。。 致谢 毕业论文答辩

3 选题背景 首先我们来看看我的选题背景。。。。 好，我们知道了超级电容器的厉害，那我们来看看他到底厉害在哪里！。。。。 毕业论文答辩

4 √ √ √ √ √ 1.1 超级电容器的性能对比 毕业论文答辩 这是超级电容器与锂电性能雷达对比图。 可以看出超电的多项性能》》》锂电
特别是：。。。。。 √ √ 毕业论文答辩

5 1.2 超级电容器的结构 它商业化的产品图及结构图， 他由 对称电极。。隔膜。。及电解质 组成 毕业论文答辩

6 1.3 超级电容器的原理 双电层 电容器 超级 杂化型 电容器 电容器 前两者的混合存储 法拉第 赝电容器 高比表面积，静电双电层存储能量
可逆的掺杂|去掺杂、欠电位吸附|脱附、快速的氧化还原过程存储能量 前两者的混合存储 超级电容器有如此出色地性能，，他的原理是什么呢？。。。。。。。 按照工作原理，分为。。。。。。 法拉第 赝电容器 毕业论文答辩

7 1.4 超级电容器的技术指标 1.1.3.1电极比电容 1.1.3.2 能量密度 1.1.3.3 功率密度 1.1.3.4 等效串联电阻
库伦效率 目前主要从。。。。。。。。这些方面来评价超级电容器的性能表现。 弛豫时间 开路电压 通过OCV测试确定 循环稳定性 通过GCD测试确定 毕业论文答辩

8 安全 高效 绿色 1.5 课题提出及创新点 凝胶 电解质 氧化还原活性掺杂 隔膜 材料 生物膜 (鸡蛋膜) 能量密度低，现有工艺难以解决
为体系带来额外的赝电容,提高性能 安全 高效 绿色 隔膜 材料 生物膜 (鸡蛋膜) 为了得到“安全、高效、而且是绿色的超级电容器，，， 我们从：电解质、隔膜 方面 来考虑 工艺复杂、价格高，原料有限 热稳定,相容性,机械性,绿色天然等 毕业论文答辩

9 1.6 本课题的研究内容 碘化钾掺杂PVA-KOH凝胶电解质及其超级电容器应用 对苯二酚掺杂PVA-H2SO4凝胶电解质及其超级电容器应用
我的具体研究内容为：。。 鸡蛋膜作为隔膜在超级电容器中的应用研究 毕业论文答辩

10 2. 碘化钾掺杂PVA-KOH凝胶聚合物电解质在超级电容器中的应用
电解质的制取 超级电容器的组装 超级电容器的性能表征 电极的制备 实验部分：首先是电解质和电极材料等的准备，，，，，，，然后 是超级电容器的组装。。。。 起组装示意图如图。。。。。。最后是性能的标征 毕业论文答辩

11 2.3 结果与讨论 12.73 mS cm‒1 毕业论文答辩 图 2.2 KI掺杂量与电解质电导率变化关系
这是KI掺杂电解质电导率变化关系，，看出随着KI的增加电导率发生相应的变化，在KI=0.6g 时达到最大值。。。 图 2.2 KI掺杂量与电解质电导率变化关系 毕业论文答辩

12 图 2.3超级电容(PVA-KOH 和 PVA-KOH-KI)
2.3.2 CVs测试分析 正电极上: 负电极上: 从CV曲线看出：PVA-KOH的SCCV呈近矩形，明显的双电层电容行为。 而PVA-KOH-KI的CV在0.8V附近有很宽的峰，这是体系中发生可逆的氧化还原反应引起的，其可能过程：。。。。。。 图 2.3超级电容(PVA-KOH 和 PVA-KOH-KI) 的CV曲线图 毕业论文答辩

13 图 2.3超级电容(PVA-KOH 和 PVA-KOH-KI)的GCD图及参数表
74.28% GCD图 ，两个都呈很好的对称性，库伦效率高。 新体系下，电压降减小，说明ESR的降低 另外，新体系下充放电时间明显增长，说明氧化还原物质KI的引入，为体系带来了更多的电容效应。 具体的性能如表所示。。。。。。 图 2.3超级电容(PVA-KOH 和 PVA-KOH-KI)的GCD图及参数表 Electrolytes Cs (F g–1) η (%) ESR ( cm2) E (Wh kg–1) P (W kg–1) Charge Discharge PVA-KOH 146.58 135.93 92.73 3.69 3.98 716.80 PVA-KOH-KI 250.29 236.90 94.65 1.17 7.80 779.20 毕业论文答辩

14 图 2.6 超级电容器在不同偏电压下的EIS图及参数表
都表现为理想的容抗阻抗行为，低频区 与Y-轴平行。。。高频区：更低的Ri，更小的Rct 另外，偏电压的增大，Rct增大，确实说明体系中氧化还原过程的进行。 Electrolyte Bias voltage (V) Ri ( cm2) Rct ( cm2) fk (Hz) (S) PVA-KOH 1.59 0.77 0.066 15.15 PVA-KOH-KI 0.57 0.53 0.081 12.35 0.5 0.67 0.118 8.48 1.0 0.54 0.81 0.143 6.99 毕业论文答辩

15 图 2.7 (A) 超级电容器的虚部值与频率变化图；(B) 超级电容器的实部值与频率变化图
2.3.4 EIS测试分析 fk ↑, τk↓, τk= S 1.新体系下，fk增加，弛豫时间下降，，更好的功率效应。。 实部值与f 的关系与充放电结果相同，体系的电容得到了提高。。。 图 2.7 (A) 超级电容器的虚部值与频率变化图；(B) 超级电容器的实部值与频率变化图 毕业论文答辩

16 2.3.5 自放电及稳定性 OCV：0.32 V 4.24%>>>16.03% 毕业论文答辩
OCV监测表明，相对于旧体系，新体系的OCV有一定的提升，保持在0.32V左右。 1000次循环后，新体系的电容保持率较旧体系有了较大的提高。 图 2.8 超级电容器的开路电压及比电容变化 毕业论文答辩

17 3. 对苯二酚掺杂PVA-H2SO4凝胶聚合物电解质在超级电容器中的应用
电解质的制取 超级电容器的组装 超级电容器的性能表征 电极的制备 毕业论文答辩

18 3.3结果与讨论 34.8 ms cm – 1 毕业论文答辩 图 3.1 不同PB掺杂量与电解质电导率变化关系
这是PB掺杂电解质电导率变化关系，，看出随着PB的增加电导率发生相应的变化，在KI=0.2g 时达到最大值。。。 优化后的凝胶状态照片。 图 3.1 不同PB掺杂量与电解质电导率变化关系 毕业论文答辩

19 图3.3 超级电容器(PVA-H2SO4和PVA-H2SO4-PB)的CV曲线
3.3.2 CVs测试分析 从CV曲线看出：PVA-H2SO4的CV呈近矩形，明显的双电层电容行为。 而PVA-KOH-KI的CV在0V 附近有很明显、对称的的氧化还原峰，这是体系中发生可逆的氧化还原反应引起的，其过程：。。。。。。 图3.3 超级电容器(PVA-H2SO4和PVA-H2SO4-PB)的CV曲线 毕业论文答辩

20 3.3.3 GCD测试分析 ESR：8.64 >> 2.45 Ω cm2 毕业论文答辩 图3.7 不用电压区间超级电容器GCD图
另外，新体系下充放电时间明显增长，PB的引入，带来了更多的电容。 电压区间不同是因为 氧化还原反应进行的完全性。 图3.7 不用电压区间超级电容器GCD图 毕业论文答辩

21 3.3.3 GCD测试分析 129.29 >>474.29 F g–1 14.30 Wh kg–1 97.18% 毕业论文答辩
E P 较旧体系都有明显的提高。 最大能量密度达：。。。。 图3.8超级电容器Cs，E及P变化曲线 毕业论文答辩

22 图3.10 (A) 超级电容器的EIS图， (B) 不同偏电压下超级电容器的EIS图
Ri (0.60  cm2) Rct (1.67  cm2) V↑，Rct ↑ 同样新体系的Ri 和Rct 都明显的降低。分别达到。。。。。。。 不同偏电压测试表明，氧化还原过程的进行。。。 图3.10 (A) 超级电容器的EIS图， (B) 不同偏电压下超级电容器的EIS图 毕业论文答辩

23 3.3.5 循环性能分析 90.77% 毕业论文答辩 图3.11 超级电容器的Cs变化图
3000次循环后，新体系的电容保持率仍达到90.77 图3.11 超级电容器的Cs变化图 毕业论文答辩

24 4. 鸡蛋膜作为电极隔膜在超级电容器中的应用 电解质的制取 超级电容器的组装 鸡蛋膜的制取 超级电容器的性能表征 电极的制备 毕业论文答辩

25 4.3结果与讨论 毕业论文答辩 图4.1 ESM在不同倍率时的SEM图片

26 4.3.2 ESM热稳定性分析 BDT: 215 oC 毕业论文答辩 图 4.2 ESM的热重曲线图0 既能在正常温度正常工作，

27 4.3.3 ESM与PP机械性能分析 断裂压力:6.59 Mpa拉伸率:6.98 % 毕业论文答辩 图 4.3 ESM的压力-拉伸曲线
其最大断裂压力及拉伸率分别为：。。。。。。。 图 4.3 ESM的压力-拉伸曲线 毕业论文答辩

28 4.3.4 ESM与PP吸胀性能分析 吸水膨胀率为8% 吸水率为10% 毕业论文答辩 图4.4 ESM和PP吸胀系数变化曲线图
鸡蛋膜的吸胀水平都较低，分别为。。。。。。能满足作为隔膜材料的要求。。。 图4.4 ESM和PP吸胀系数变化曲线图 毕业论文答辩

29 图 4.6 超级电容器(ESM和PP膜)CVs对比图
4.3.5 电化学性能测试分析 CVs测试分析 相同速率时，ESM体系CV呈近矩形， ，而PP体系CV明显的扭曲，说明Esm较PP膜有更好的性能， 主要归功于ESM膜提供的高速、顺畅的离子迁移通道 图 4.6 超级电容器(ESM和PP膜)CVs对比图 毕业论文答辩

30 图 4.7 (A)超级电容器(ESM)的GCD图，(B) 超级电容器(ESM和PP膜)的GCD图
对称性好，η>90% 0.30 >>0.02 V 不同电流下ESM体系 对称性好，经计算 其库伦效率都大于90%。 右图看出相同测试条件下，PP膜的iRdrop明显大于ESM体系。说明ESM体系的出色。 图 4.7 (A)超级电容器(ESM)的GCD图，(B) 超级电容器(ESM和PP膜)的GCD图 毕业论文答辩

31 图 4.8 超级电容器(ESM和PP膜)的EIS图
Ri (0.32  cm2) Rct (3.24  cm2) fk ↑, τk: 4.76 S 两体系 EIS图，可以看出ESM体系的Ri Rct 较PP体系都有明显下降。。。。。 ESM体系10天存贮后 ，弛豫时间变得更小，说明体系的存储稳定是很好。 图 4.8 超级电容器(ESM和PP膜)的EIS图 图 4.9超级电容器(ESM)的C”与f关系图 毕业论文答辩

32 4.3.5.4 循环稳定性分析 92% 毕业论文答辩 图 4.10 超级电容器的Cs变化图
最后是ESM体系的循环稳定性 可以看出在高达10000次循环后，其电容保持率高达92%。。。。。 图 超级电容器的Cs变化图 毕业论文答辩

33 总结 新型氧化还原活性凝胶电解质(PVA-KOH-KI和PVA-H2SO4-PB)都能非常有效地提高碳基超级电容器性能(C、E、P、Cycle等)。 新电解质体系下，超级电容器是一种基于双电层电容和法拉第赝电容的新型杂化型能量存储装置。 以鸡蛋膜为隔膜的超级电容器表现出色的性能(ESR、P、Cycle等)，此方法为探索、开发天然生物膜材料的应用提供了一定的参考。 毕业论文答辩

34 发表论文及专利 The Journal of Physical Chemistry C.(Revision, SCI, IF: 4.52)
Journal of Power Sources, 2012, 198, (SCI, IF: 4.28) Journal of Power Sources, 2012, 206, (SCI, IF: 4.28) Electrochimica Acta, 2011, 56, (SCI, IF: 3.63) SCIENTIA SINICA Chimica, (Accepted, SCI, IF: 1.04) RSC Advances (SCI, accepted) ChemPhyChem (submitted) 中国科学: 化学 (接收, SCI, 1.04) 厦门大学学报(自然科学版), 2011, 50, 专利申请号: 专利申请号: 毕业论文答辩

35 致谢 总导演 导师 答辩主席 课题组老师 支持单位 特约顾问 技术顾问 技术支持 国立华侨大学 厦门大学 华侨大学材料物理化学研究所
师兄、同学、师姐。。。。。。 支持单位 国立华侨大学 厦门大学 华侨大学材料物理化学研究所 环境友好功能材料教育部工程研究中心

36