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超级离子电容器是一种介于电池和传统电容器之间的新型高功率储能器件,与电池相比,超级离子电容器具有更大的功率密度值;与传统静电电容器相比,具有更高的能量密度;同时具有瞬间释放特大电流特性,充放电效率高、循环寿命长等优点。因此,超级离子电容器在电动车辆、高功率武器、工业设备的闪光及点火,电子设备中作备用电源等方面都有不可替代的作用。而对超级离子电容器的研究,主要集中在电极材料方面。本文选用碳气凝胶和氧化镍的复合材料作电极材料,研究了材料制备,结构和性能,以及影响电容器性能的因素、赝电容形成机理。研究的主要内容如下:1.用Sol-gel法合成RF复合气凝胶,经过丙酮置换、二氧化碳超临界干燥、碳化等过程制得氧化镍/碳复合气凝胶。采用低温N2吸附、红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和小角X射线衍射研究了复合碳气凝胶的组成和结构。2.在扩散限制簇凝聚(DLCA)模型的基础上,考虑溶胶粒子的密度和能量分布对凝胶化过程的影响,建立了关于复合气凝胶分形结构生长机制的溶胶活性粒子模型。采用计算机模拟了RF凝胶的溶胶-凝胶反应全过程,从理论上研究RF气凝胶反应机理。RF气凝胶是以分形方式生长的纳米多孔材料,同密度的凝胶分形维数大致相等。在低活化能条件下,凝胶呈网状生长,胶体均匀性较好。3.采用复合碳气凝胶作为超级离子电容器的电极材料,研究了催化剂用量、氧化镍含量、干燥方式、碳化温度对复合碳气凝胶电极电容和等效串联电阻等性能的影响。结果表明:当碳化温度在700-900℃之间,随着碳化温度升高,复合碳气凝胶电极比电容减小;随着催化剂用量增加,比电容量增大;在一定范围内,随着氧化镍在复合碳气凝胶中质量百分含量的增加,比电容量基本呈线性增加。当氧化镍的百分含量达到10%,比电容量为162F/g。当氧化镍的百分含量达到40%,比电容量为260F/g,其等效串联电阻在氧化镍质量百分含量不超过30%时,等效串联电阻较小且变化不大。4.从循环伏安曲线可知,在低频下,超级离子电容器是一种具有高度可逆性的电容器件;从交流阻抗谱曲线看出,复合碳气凝胶电极频率响应特<WP=5>性较差。即电容随着频率增大而减小,当频率增大到kHz量级时,便不具有电容特性。