摘要
超级电容器因其高功率密度和长循环寿命而广泛应用于电力领域的储能系统，如智能电网和消费电子产品。然而，超级电容器在运行过程中存在电容逐渐下降，电阻逐渐增大的老化情况，其健康状态在很大程度上决定了储能系统的安全性和可靠性。因此，准确预测超级电容器的循环寿命对于系统运行至关重要。本文采用水热法合成NiCo2O4正极材料和α-Fe2O3/还原氧化石墨烯（RGO）负极材料，分别组装成非对称超级电容器，并对所得材料与器件进行相关表征与电化学性能测试。基于Eyring模型，结合NiCo2O4//活性炭（AC）寿命衰减情况，建立针对非对称超级电容器的寿命预测模型，并通过 NiCo2O4//α-Fe2O3/RGO 对该模型进行普适度验证。 通过水热法制备得到花状纳米微球NiCo2O4，其在1 A g-1下达到1503 F g-1的高比电容。所组装的 NiCo2O4//AC 在 1 A g-1下表现出 78.0 F g-1的比电容和98.7%的库伦效率，并在功率密度为760 W kg-1时达到25.02 Wh kg-1的能量密度。依据器件的寿命衰减情况，采用两两比较分析法确定各寿命影响因素权重为环境温度（T）gt;电流密度（I）gt;工作电位（ΔV），并建立循环寿命预测模型。该模型预测寿命衰减情况与器件实际寿命衰减情况高度一致，且所预测的器件寿命（9750圈）与实际的（9759圈）的相比，仅存在-0.09%的相对误差，5.47%的均方根误差（RMSE）。 通过水热法使得 α-Fe2O3纳米颗粒均匀负载在 RGO 薄片上，制备得到 α-Fe2O3/RGO，并与NiCo2O4组装成NiCo2O4//α-Fe2O3/RGO器件。借助正交实验确定电极材料最佳合成条件为1 mmol NH4HCO3、10 h水热时间、1 mmol SDS，器件最佳老化电流密度为1 A·g-1。该条件下的α-Fe2O3/RGO在1 A·g-1时具有740.8 F·g-1的高比电容，高于α-Fe2O3的444.3 F·g-1，并于10 A·g-1下仍保持70.4%的初始电容；组装的器件在1 A·g-1下达到134.4 F·g-1的比电容（0-1.6 V），并在792.8 W·kg-1下获得47.8 Wh·kg-1的能量密度。模型预测的9238圈循环寿命与实际的9013圈仅存在2.5%的相对误差与6.1%的均方根误差（RMSE），验证了所建模型在非对称超级电容器领域的准确性与普适性。
NETL