基于纳米纤维素的电解质在活性炭碱性超级电容器中的性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

将高比表面积的商用活性炭与导电炭黑和粘结剂混合、涂覆于泡沫镍上，经过高压压片后制成工作电极；将纳米纤维素添加到聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶电解质体系中，再与两个对称的活性炭工作电极组装在一起，构建成活性炭碱性超级电容器，并测试其电化学性能。

探讨工艺参数对电解质的离子导电性和电子导电性、以及超级电容器的性能（比容量、倍率性能、循环稳定性、自放电率等）的影响规律，以期获得高性能的基于纳米纤维素的电解质。

该项研究对于将纳米纤维素应用于超级电容器、以及构建柔性电解质具有重要意义。

2. 国内外研究现状分析

超级电容器是一种通过极化电解质来储能的电化学元件，起始于20 世纪七八十年代，又名双电层电容器或电化学电容器。由于超级电容器是一种新型绿色环保的储能元件，现已经被国内外广大科研工作者所关注。与传统化学电源不同的是，超级电容器是一种介于静电电容器与电池之间、具有特殊性能的储能元件，由于其储能过程中，并不发生氧化还原反应，因此超级电容器具有杰出的可逆性。上个世纪50 年代末，becker^[1]提出了利用双电层电容来制造储能器件的方法，利用具有较大比表面积的活性炭作为电极材料，并申请了超级电容器专利。从此，超级电容器有了突破性的发展，而在1985年日本的nec公司已将超级电容器产业化，并推出了百法拉级的超级电容器产品，从此，超级电容器走上了商业化道路。最近，随着电动汽车的实用化，蓄电池与超级电容器联合使用作为电动汽车的动力系统已经被公认为解决电动汽车动力问题的最佳方案。近些年来，超级电容器开始了在军事领域的使用，二十多年前，苏联就将超级电容器作为储能元件来启动坦克和装甲车。20 世纪 90年代初期，经过不懈的钻研与探索，elit 和 econd将超级电容器应用于大功率启动电源，具有重要的现实意义。近年来，超级电容器逐渐转入民用，1996年，在莫斯科地铁上，复式电源运行稳定；如今美国和日本的公司诸如elna、maxwell、nec 等都推出了不同型号的超大容量的超级电容器。在这种背景和趋势下，全面开展超级电容器的研究工作是十分必要的，深入开展基础理论和实际应用的研究至关重要，具有非常大的社会效益。

1、超级电容器及电解液的概述

超级电容器具有高功率密度、长循环寿命、良好的低温使用性能和高安全性的优点，已经广泛应用到电子产品、能量回收和储能等领域。电极材料和电解液是决定超级电容器性能的两大关键因素，超级电容器常用的电极材料包括碳质材料(活性炭、碳纳米管、石墨烯、炭纤维、纳米洋葱碳等)、金属氧化物(金属氢氧化物)、导电聚合物及复合材料等；电解液主要有水系电解液、有机系电解液与离子液体^[2,3]。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容： 1.开发和优化纳米纤维素基电解质的制备工艺。 2.研究纳米纤维素基电解质的性能。 3.分析活性炭碱性超级电容器在应用纳米纤维素基电解质前后的性能对比。

进度安排： 2017.12~2018.03 收集整理国内外相关文献资料；2018.03~2018.04 制备原料及测试性能 ；2018.04~2018.05 整理数据，撰写论文；2018.05~2018.06论文定稿，完成论文答辩 。

4. 研究创新点

采用纳米纤维素构建高性能的凝胶电解质，应用于超级电容器。