壳聚糖碳@Co基电极材料的制备及其超级电容性能研究

发布时间：2017-10-25 17:40

  本文关键词：壳聚糖碳@Co基电极材料的制备及其超级电容性能研究

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【摘要】：超级电容器电容大,能量密度高,充电快寿命长,在作为储能原件和满足大功率输出方面具有特殊的优势。活性碳材料原料丰富,易于合成,环境友好是目前商业化最成功的超级电容器电极材料。然而,传统的活性碳材料串联电阻大,不适用于大电流充放电;比表面积高,但是孔径分布不均匀,存在大量的微孔,电解液难以进入内部,实际利用率小,容量只能达到理论值的10%~20%。有研究表明氮元素掺杂有利于提高碳材料的电化学性能,因此本文以食品加工产生的副产物壳聚糖为原料,在氮气条件下,不同温度(700℃、800℃、900℃)碳化,制备一种掺杂氮元素的壳聚糖多孔碳。实验表明800℃碳化制备的壳聚糖碳在2mol/L的KOH电解液中,循环伏安扫描速度为1mV/s时,首次循环比电容最高为64.42 F/g,经过20次循环电容保持在97.49%,表现出良好的循环性能。制备碳基复合材料也是改善材料电化学性能的有效手段。文中利用壳聚糖分子链上存在的大量羟基和氨基,及其对金属离子的配位作用,制备出壳聚糖@硝酸钴干凝胶,干凝胶惰性气体下一步完成碳化还原反应,合成壳聚糖碳@Co基复合电极材料。材料的高温制备条件,使钴单质主要以立方型晶型存在于复合材料中。XRD和拉曼曲线分析发现硝酸钴的参加会使得复合材料中的碳朝着不定型方向发展。比表面积与孔径分析表明一定量的硝酸钴参加,可以改善复合材料的孔结构,增大比表面积,提高材料的比电容。当硝酸钴的参量为10%时,制备的复合材料比表面积达到194.37m2/g,循环伏安分析,在2mol/L的KOH为电解液,1mV/s扫描速度下,首次循环比电容102.29 F/g,经过20次循环后电容保持在97.75%。为进一步提高复合材料的比电容,文中以自制的壳聚糖碳为基体,在溶液中低温条件下用NaBH4还原CoCl2,将具有不定型结构的钴单质均匀负载到壳聚糖碳基体上,采用两步法制备壳聚糖碳@Co复合电极材料。钴单质主要以不定型形式存在,这样更有利于电极反应的发生与深入。循环伏安分析表面,低温条件下制备的复合材料,表现出钴单质的法拉第赝电容特性,比电容也有所提高。以2mol/L的KOH溶液为电解液,循环伏安扫描速度1mV/s,首次循环比容量达到124.45 F/g,经过20的循环电容保持在98.50%。
【关键词】：壳聚糖 活性碳 Co 超级电容器
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM53
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 前言9
• 1.2 超级电容器9-12
• 1.2.1 超级电容器简介9-10
• 1.2.2 超级电容器的分类10
• 1.2.3 超级电容器的储能机理10-11
• 1.2.4 超级电容器的应用11-12
• 1.3 超级电容器电极材料12-18
• 1.3.1 碳材料12-16
• 1.3.2 过渡金属氧化物16-17
• 1.3.3 高分子导电聚合物17-18
• 1.4 选题依据及主要研究内容18-21
• 1.4.1 壳聚糖简介18-19
• 1.4.2 选题依据和研究内容19-21
• 第二章 实验仪器及实验方法21-26
• 2.1 实验试剂及仪器21-22
• 2.1.1 实验试剂21
• 2.1.2 实验仪器21-22
• 2.2 形貌及结构表征22-23
• 2.2.1 X-射线衍射22
• 2.2.2 拉曼光谱分析22
• 2.2.3 扫描电子显微镜22-23
• 2.2.4 比表面积及孔径分析23
• 2.3 材料电化学性能表征23-26
• 2.3.1 电极片制备23
• 2.3.2 循环伏安曲线分析23-24
• 2.3.4 电容性能分析24-26
• 第三章 壳聚糖多孔碳电极材料26-35
• 3.1 概述26
• 3.2 实验部分26-27
• 3.2.1 样品制备26-27
• 3.2.2 结构及形貌表征27
• 3.2.3 电化学性能测试27
• 3.3 结果与讨论27-34
• 3.3.1 XRD分析27-28
• 3.3.2 拉曼光谱分析28-29
• 3.3.3 扫描电镜分析29-30
• 3.3.4 比表面积及孔径分析30-31
• 3.3.5 电化学性能分析31-34
• 3.4 小结34-35
• 第四章 一步法制备壳聚糖碳@Co基复合电极材料35-47
• 4.1 概述35
• 4.2 实验部分35-36
• 4.2.1 样品制备35-36
• 4.2.2 结构及形貌表征36
• 4.2.3 电化学性能测试36
• 4.3 结果与讨论36-45
• 4.3.1 XRD分析36-38
• 4.3.2 拉曼光谱分析38-39
• 4.3.3 扫描电镜分析39-40
• 4.3.4 比表面积及孔径分析40-42
• 4.3.5 电化学性能分析42-45
• 4.4 小结45-47
• 第五章 两步法制备壳聚糖碳@Co复合电极材料47-54
• 5.1 概述47
• 5.2 实验部分47-48
• 5.2.1 样品制备47
• 5.2.2 结构及形貌表征47-48
• 5.2.3 电化学性能测试48
• 5.3 结果与讨论48-53
• 5.3.1XRD分析48-49
• 5.3.2 扫描电镜分析49-50
• 5.3.3 比表面积及孔径分析50-51
• 5.3.4 电化学性能分析51-53
• 5.4 小结53-54
• 第六章 结论与展望54-56
• 6.1 结论54-55
• 6.2 展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-62
• 在校期间发表的论文专著及取得的科研成果62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：1094832