超级电容器温度离子液体.docx

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1、超级电容器的使用受到环境因素的影响，但是很少有科学家对其研究。本文研究了环境温度对超级电容蹲电容值的影响问题。通过设计一种独特的电容涔来探究它对环境温度的敏感性。木实验以热解石墨和热解石墨进行了表面行墨烯化做电极材料，离子液体做电解质。讨论了其他条件相同时测试频率的影响，同时测试了OC到80C范用温度变化时超级电容器电容值的变化趋势，漏电损耗及超级电容器对温度的敝感性。结果表明：在超级电容器两极板间填充满离子液体的情况下，极板间的距窗和温度对电容值几乎无影响：随着温度的升高，超级电容器的电容值增大：表面石墨烯化处理的超级电容器灵敏度提高数倍。关键词：超级电容器；温度：离子液体bstractTh

2、euseofsupercapacitorsisaffectedbyenvironmenta1.factors,butfewscientistshavestudiedthem.Thispaperstudiestheeffectofambienttem)eratureonthecapacitanceofsupercapacitors.Itssensitivityhasbeenexp1.oredtoambienttemperaturebydesigningauniquecapacitor.Inthisexperiment,natura1.graphiteandsurface-treatedgraph

3、itewereusedase1.ectrodemateria1.sandionic1.iquidase1.ectro1.yte.Theinf1.uenceofthetestfrequencywhenotherconditionsarcthesameisdiscussed.Atthesame1.ime,thechangetrendofthecapacitanceva1.ueofthesupercapacitor,the1.eakage1.ossandthesensitivityofthesuperCaPaCiIortothetemperaturewhenthetemperaturechanges

4、fromOCto8()Caretested.Theresu1.tsshowthatwhenthesupercapacitorp1.atesarefi1.1.edwithionic1.iquid,hedistanceandtemperaturebetweenthep1.ateshavea1.nx)stnoeffectonthecapacitanceva1.ue;As(hetemperatureincreases,thecapacitanceva1.ueofthesupercapacitorincreases;Thesensitivityoftheprocessedsupercapacitorha

5、sincreasedsevera1.times.Keywords:Supercapacitor;Tem)erature:Ionic1.iquidMarkeistandMarket根据最新市场有关研究报告发现，从2013年至2020年短短七年里，全球超级电容器市场迅速发展，更合年增长率(CAGR)为26.93%.其中，美国超级电容器的应用范用最广，而U,美国麦克斯I；公司最近研究的超级电容器被用于费城城际轻轨的升级：韩国开发的石墨烯超级电容潺与锂离子电池相比，具有几乎相同的储能能力：德国，日本，俄罗斯,英国，法国和其他国家在世界上处于领先地位口期。但中国在超级电容器的研究经验和技术枳累方面相对不

6、足。1.2超级电容器的种类根据电荷储存机理和电极材料活性的不同，超级电容器可以分为双电以电容器(ED1.C)、法拉第电容器(Fe)(乂称底电容器)及混合超级电容器口。/1.1.2.1 双电层电容器(ED1.C)双电展电容器(EIeCIriCa1.Doub1.e-IayerCapaciior)简称EDIC该电容器是在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压下工作的，此时，电解液中的正负离71起到重要作用，正负离子迅速移到两个电极,并分别在两电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层U叫整个过程为物理过程。工作原理如图1-1：图I-IED1.C工作原理图W双电层电容器具有下

7、列优点也叫循环次数比普通电池高数倍：降耗减持无污染：可以在极短的时间内完成充放电。1.2.2 法拉第电容器(FC)法拉第电容器又称断电容器，简称FC。这种电容器的电极材料(例如金属氧化物)具有电化学活性，可以在充放电过程中存储能量，该电化学电容器电容的产生是在电极表面的电解质和电极材料之间快速进行的，本质是发生了辄化还原反应U儿工作原理如图1-2图12FC工作原理固网法拉第电容器具有以卜优点|网：能缈提供比普通电容器更高的能量密度：比电池具有更高的功率密度和更长的循环寿命。1.2.3 混合超级电容器(HybridSuperCapacitor)混合超级电容器，简称HSC。在前两者超级电容器的优良

8、性能的基础上，又结合了其他优良的性能。例如：能量密度更高、环境更加友好、输出功率更大、效率更高等众多优点13温度传感器简介13.1温度传感器概述温度是我们常用的一个物理量，与我们的生活息息相关。大幅度的温度改变可以比较容易地被感知，但是微弱的温度变化不容易被测量或感知，这时就需要一种能将湿度这个物理量转化为另外一种容易传达的物理信号表达出来，于是海度传感器便产生传感器的发展促进了传统行业的改造，也在生活中得到广泛的应用.温感电容器属下热电式传感器的一种，由了工作环境温度的变化，温感型超级电容器的内阻会产生变化，用发电容值的改变。因为温感电容罂的性能比较特殊，导致温感电容器在不同工作环境下表现出

9、来的性能仃好石坏，为了进步改进温感电容器，有必要研究在不同环境温度下对温感电容器电容值的影响.1.3.2温感超级电容器的应用随着对电容器研究的深入，由于超级电容器特殊性能,外界压力，空气湿度,环境温度等条件的变化，都会引起介质介电常数的变化。利用这些超级电容器的特性，我们可以寻找出其自身存在的规律来制作出不同的传感罂，和普通的温度传感器不同，温感型超缎电容器可以对更细微的温度变化产生反应，可以运用在精密仪器研究上，未来发展势头不容忽视。1.4本课题研究的目的和意义在超级电容器的研究上，大部分科学家研究的是超级电容器的容量问题.本实验主要探究的是工作环境温度的变化，对超级电容器电容值的变化情况。

10、分别用热解石墨和表面石墨烯化热解石墨制成的超级电容器寻找电容值的变化规律通过了解分析超级电容器随工作环境变化情况可以为超级电容器的后续改进提供条件，对工作环境的改变做出精准的反应方案。2实验部分2.1 实验试剂和仪器2.1.1 实验主要试剂表2-1试剂名称及厂家试剂名称r热解石墨片巩义市瑞丰石墨制品有限公司相片无蜴恰利菜金展材料有限公司钢箔胶带南京佳恒电子科技有限公司解质溶液，通过一系列的组装制成设想的温感型超级电容器“以该电容器的电容值为衡疥指标，改变测试环境的温度，观察该电容器的电容值随测试环境温度的变化情况。首先控制其他其他测忒条件相同，例如测试须率、两极板间的距离、极板的表面积等相同，

11、逐渐改变测R环境的温度，观察两电容器的电容值是如何发生变化的。若在测试环境温度变化的过程中，两电容器的电容值变化较小或几乎不发生变化，则说明测忒的环境温度对电容器的电容值影响较小或几乎无影晌，设想不成立，无法制成较为理想的温感型超级电容器：若测成环境温度发生.变化时，就能引起该电容器电容值的显著变化，则说明该电容器对温度的敏感性较好，设想成立，可以制成一种较好的温度传感器。同时观察记录两种电极材料制成的电容器时温度的敏感性，这将为湿感型超级电容器的电极材料的选择提供依据。图2-1温敏型超级电容器原理模拟图图2-2不对称超级电容器结构示意图图2-3用材料密封包装部分示意图2.4温感超级电容器电容

12、值的测定启动TH26I7电容测量仪，设置100HZ的频率下，将两电极与仪器相连接，将装满三分之二水的烧杯放在磁力搅拌器上控制温度，从I(TC开始稳定控制温度上升，将湿感电容器放入水中，利用水浴的方法控制实脸温度“待数据稳定后读取液晶显示仪上的电容值和漏电损耗读数并记录实验数据.3实验数据与分析3.1 离子液体的量对电容影响图是天然石墨电容器测试频率为100HZ时，极板间填充适量离子液体的多少对电容值影响曲线：图(b)天然勺墨表面勺墨烯化测试频率为100HZ时，极板间填充适量离子液体的多少对电容值影响曲线。在相同频率卜.，电容器极板间填充离子液体的多少对电容器的电容值的影响趋势表明：在未填充满离

13、子液体的怙况下，不论是热解石器制成的电容器还是热解石黑表面石强烯化制成的电容器，两者的电容值都随着离子液体填充量的增加呈上升趋势，且极板间密子液体的填充量的多少对热解石果制成的电容器的电容值影响更加显著：在极板间填充离子液体相同的情况下，测试温度时电容器的电容值也会产生影响，在测试温度从IOC到80X?上升的过程中，电容器的电容值随着温度的增加呈上升趋势，时温度的变化有感应。在填充适量离子液体的情况下测成不同层数的电容值，电容值在层为2.8801F层数增加，电容值也开始增大,到四层时电容值为5.8205F,达到最高，四层后随着层数的增加电容值也开始降低，因此选取两极板间四层距离为实验条件。在极

14、板间离子液体充满的情况卜:对电容器的电容值测量发现：测试电容涔两极板间距离不等时的电容值，即分别测试一至四层的电容值，测试结果发现，其始终保持在2-3,距离时电容值的大小无影响，没有受到距离变化的影响:测试温度对极板间填充满离子液体的电容器的电容值发现，在IOC8OC的温度范圉内，电容器的电容值始终保持稳定，无明显的变化。以上测试结果表明，在高子液体未填满的情况下，极板距离和环境温度都会对电容器的电容值产生影响，在离子液体填满的情况下，极板间的距离和环境通度对电容器得的电容值无明显的影响.OOOO641b)8000000000002086421/娼给OOOO3632（八）00000000000

15、000282420161284三-三j102030405060708090测试温度/C图31离子液体的量对电容值影响曲设3.2 接触角对电容值的影响测试图（八）、（b）分别是常温下和升温条件下铜貂与离子液体的接触角，图（c）、（d）分别是常温下和升温条件下热解石器与离子液体的接触角。接触角是指当系统达到平衡时，在气、液、周三相交界处，气-液界面与固-液界面之间的夹角，实际上是指液体表面张力Y八与液-固界面张力Y一间的夹角。接触角越小，涧湿效果越好,离子液体与电极板接触的比表面积就越大，电容值越大侬）。分别测试铜箔与离子液体以及热解石墨与离子液体的接触角，在常温卜两者的接触角分别为67.38。、39.58,升温时两者的接触角则变为24.69。、16.76。测试结果表明常温卜.离子液体与电极板的接触角较大，比表面枳较小，电容值较小：升温时离子液体与电极板的接触角较小，比表面枳较大，电容值较高。（八）(b)E3-2接触角测试图3.3 测试频率对电容值的影响测试图3-3描绘的是测试频率对电容值的影响曲线图。在室温下，温感型超级电容器的电容值随测试频率的变化趋势表明：热解石墨表而石墨烯化制成的电容器IO电容值和热解石枭制成的电容器电容值在较低频率时都比较大，且随着测试频率的升高，热解石墨表面石墨烯化制成的电容器的电容值降低效果更加明显：温感型超级电容器在较低频率测