新型镍氢电容电池的研发开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

伴随着世界人口的快速增长和世界经济的迅猛发展,环境污染、能源短缺等一系列问题成为困扰我们生存发展的最大问题之一,特别是自上世纪七十年代中东石油危机的出现以来,全球范围内的节能减排也被正式提上联合国可持续发展峰会[1],成为全球可持续发展的主要目标。在以石油,煤炭为主的一次能源面临日渐枯竭,不可再生的严峻形势下,人类将目光与研究对象转向更加环保与可持续发展的二次能源上,如太阳能、氢能、风能、核能、潮汐能、地热能等新型能源,但是伴随着工业革命的一次次大爆发,象征着电气化时代的电能也正式成为现阶段内无法被取代的一大能源[2],因此,高效的可再生能量转化和电能存储装置的开发成为全世界科学家研究和发展的对象。

电容器作为一种电荷存储器件,按其储存电荷的原理可分为三种:传统静电电容器,双电层电容器和法拉第准电容器[3]。传统静电电容器主要是通过电介质的极化来储存电荷,它的载流子为电子。双电层电容器和法拉第准电容储存电荷主要是通过电解质离子在电极/溶液界面的聚集或发生氧化还原反应,它们具有比传统静电电容器大得多的比电容量,载流子为电子和离子,因此它们两者都被称为超级电容器,也称为电化学电容器。

镍氢电容电池作为一种新型绿色二次电池[4],其在设计生产的原理与工艺上上避免了传统蓄电池存储能量过小、充电时间过长、放电慢、具有记忆效应等问题,具有能量密度高、记忆效应低、安全性能好等优点。同时镍氢电容电池也在一定程度上符合传统电容器的电压特性曲线,具有较低的等效串联电阻,这些优点也赋予镍氢电容电池可以进行大电流充放电的特性,其充放电额度远远大于传统电池[5]

1997 年俄罗斯科学家研制出来一种非对称性Ni (OH)2/C型超级电容器[6],这种电容器的负极材料为高比表面积的纳米碳,用来取代传统镍氢电池贮氢合金负极材料,具有优良的耐低温性能,可在极端环境条件下进行高效快速的充放电。在我国,高性能镍氢二次电池第一次被提出在国家重点项目[7]是在《中国高新技术产品目录(2000)》和《当前国家重点鼓励发展的产业和技术目录》中,其在国家 863 计划能源与环保项目中占据着重要的地位。当今,在世界范围内[8]镍氢电池正在快速发展着,日本在本世纪初己生产制造出数千万只镍氢电池。近年来,在我国科研工作者的不懈努力下,中国的的镍氢二次电池也经历了从无到有的迅速发展过程,正式具有了生产正、负极和隔膜、骨架等材料[9]的能力,以及配套组装的生产流程工艺。







2.研究(设计)的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1研究(设计)的基本内容

本论文主要以自组装法合成的纳米钴/氮掺杂介孔碳复合材料为负极,和用微波法合成的氢氧化镍/碳纳米管复合材料为正极,在水相中组成新型镍氢电容电池,用电化学测量的方法研究测量其正负极比率及其电化学容量、库仑效率和循环特性等。

2.2实验目标

以微波法合成氢氧化镍/碳纳米管复合材料,用自组装法合成纳米钴/氮掺杂介孔碳复合材料,研究其作为镍氢电容电池的正负极材料时的电化学性能,为研究其电化学容量、库伦效率及循环特性提供一个方案。

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