基于新型纳米结构超级电容器材料的研究

发布时间：2016-12-11 21:32

  本文关键词：基于新型纳米结构超级电容器材料的研究，由笔耕文化传播整理发布。

《山东大学》 2013年

基于新型纳米结构超级电容器材料的研究

孟繁慧  

【摘要】：人类对化石能源的过渡依赖和消耗造成了严重的环境问题和能源危机,为实现可持续发展的能源的开发和利用,新能源和新型能源装置研究引起广泛关注。作为一种能量存储装置,超级电容器具有非常高的功率密度、长循环寿命、充放电速度快、对环境无污染等特点。纳米材料的广泛研究极大地推动了超级电容器等先进储能技术的蓬勃发展。然而,超级电容器材料的导电性能差、局部分散不均匀、与电解液接触面性能不稳定等纳米材料领域常见的问题同样关系着超级电容器基本性能。本论文针对超级电容器中出现的这些问题,以提高材料电导率和构建多孔结构提高比表面为出发点,进行电极材料的设计、合成与性能研究。经过材料的复合和结构的调控,包括过渡金属氧化物、导电聚合物与多孔金属之间的复合和一维线状结构、二维纳米多孔结构和三维大孔结构的设计制备,进一步改善超级电容器材料的电容性能。论文的宗旨是调控材料的导电性和导离子的性能,进而可以有效调节超级电容器的性能。本论文介绍的新型结构材料有望在超级电容器上得到应用,同时我们希望文中所述材料可应用于其他领域并对其他材料的结构调控具有指导意义。本论文主要研究内容如下： 1、MnO2/PANI复合材料的控制合成及其电化学电容性能研究 我们通过水溶液/有机溶液界面合成的方法,可控合成了一系列MnO2/PANI复合材料。该材料具有一维连续结构,通过改变溶液的PH值,可以有效的调控材料微观结构和复合材料中MnO2/PANI的含量比例。本工作研究了实验制备复合材料的结构特征和其形成机理。实验结果表明中间产物MnO2在产物结构的形成过程中起着重要的作用。工作还研究了该复合材料在超级电容器方面的性能。结果表明在合适pH下合成的MnO2/PANI复合材料具有最高的电容值207Fg-1,比实验制备的纯MnO2和PANI都要大,且表现出较好的稳定性。该复合材料高的比电容可以归因于PANI的链接和导电剂作用,而具有较好的稳定性,则是因为均匀分散的MnO2具有聚苯胺外壳的保护,从而减弱了在充放电过程中的颗粒团聚。 2、具有高能量和功率密度的全固态薄膜超级电容器的研究 便携式和微型化电子器件的快速发展对与之相匹配的能源转换或存储装置的设计和制造提出了新的挑战。本工作设计制备了纳米多孔金属(纳米多孔金NPG)和导电聚合物(聚吡咯PPy)复合薄膜材料(NPG/PPy), PPy均匀的包覆在NPG的表面,具有典型的金属/导电聚合物核壳结构。双连续的开孔结构,具有优良的导电性和连续的纳米孔道,提高了材料的导离子性能,继而提高了材料的利用效率。该材料用于制备一种超薄的柔性固态超级电容器,此电容器是基于一种固态电解液组装而成,NPG作为衬底材料,可提供高的比表面积和优良的导电性,同时可作为集流器,而固态电解液作为电解液和隔膜,简化了电容器组装过程。该固态柔性超级电容器具有较高的功率和能量密度296kW kg-1和27Wh kg"1,高于之前的所有关于PPy的报道,且具有良好的充放电循环特性和柔韧性,有望在便携式电子器件上得到应用。 3、NPG/金属氧化物薄膜复合材料及其电化学电容性能的研究 我们通过一种简单的电化学方法制备了纳米多孔金(NPG)/过渡金属氧化物(Cox、RuO2)复合材料,氧化物材料具有连续的层状结构并与NPG形成三明治夹心结构。该材料以NPG为结构支撑和集电器,而过渡金属氧化物提供高的比电容,从而提高材料整体电容。实验结果表明,氧化钴的体积和质量比电容分别达到了598F cm-3和563Fg-1,并且该材料表现出优异的稳定性。 虽然许多结构材料可以得到高的质量比电容,但是它们的活性材料载量较低,限制了表观电容的提高。比起质量比电容许多应用领域如小尺寸电子产品或传统能量储存装置显然更在意表观电容量。本工作利用独立支撑的NPG电极作为衬底材料,制备NPG/RuO2复合材料,以期获得较大的表观电容。NPG可同时作为集流器和结构支撑材料,Ru02作为电容活性材料。实验结果表明Ru02的电容高达520Fg-1,NPG/RuO2复合材料的表观电容达到了1.5Fcm-2,并且具有优良的倍率性能和较好的稳定性。 4、MnOx纳米线/大孔金属复合材料及其电化学电容性能研究 超级电容器因具有高的功率密度、长循环寿命和良好的安全性能被广泛应用于混合电动车能源系统、数字远程通信系统、不间断电源、脉冲激光技术等领域。比起质量比电容许多应用领域更在意高的表观电容量。本工作通过水热合成的方法制备了MnOx纳米线/大孔金属复合材料,该材料使用泡沫镍的网状结构为氧化锰纳米线提供良好的导电性,开孔的三维结构可以提供畅通的电解液通道,为离子传输提供方便。相互缠绕堆积的氧化锰纳米线首先依靠相互之间的联系提供赝电容,继而通过三维网状结构基底完成充放电过程。实验结果表明,MnOx质量比电容为576Fg-1,而本实验所得泡沫镍/MnOx样品的表观电容值达到了7.6Fcm-2,且表现出较好的稳定性。

【关键词】：
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O646;TB33
【目录】：

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1 蒋伟阳,孙颖,唐永建,陈志梅;碳气凝胶作为电双层电容器电极材料的研究[J];高电压技术;1997年01期

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1 杨蓉;康二维;崔斌;谢钢;蒋百灵;;超级电容器聚苯胺电极材料的研究进展[J];工程塑料应用;2010年05期

2 曹军;洪芳军;郑平;;叉指型微电极交流电渗泵的阻抗谱分析[J];微纳电子技术;2008年09期

3 王平华;郑明新;朱永华;房诗宏;刘进才;杨天雪;;脉冲刷镀的工艺与机理[J];北京农业工程大学学报;1995年02期

4 朱敏,何积铨,李成华,郑秋麟,任新广;IR降对混凝土中钢筋腐蚀电化学测量结果的影响[J];北京科技大学学报;2002年02期

5 何保山,冯良东,周仲柏;用于实时动态检测多组份气体的电化学传感器系统的设计与实现[J];传感技术学报;2003年03期

6 王酉;徐惠;李光;;基于碳纳米管修饰丝网印刷碳糊电极的葡萄糖和尿酸生物传感器[J];传感技术学报;2006年05期

7 刘敬彪;张理兵;黄琦;蔡强;刘辉;何苗;;便携式AChE传感器系统的开发与研究[J];传感技术学报;2008年11期

8 陈晖;李光杨;汪红;王艳;丁桂甫;赵小林;;对流—扩散传质对微电铸镀层均匀性的影响[J];传感器与微系统;2010年08期

9 陈晖;汪红;李光杨;姚锦元;王艳;丁桂甫;;水平与垂直流动对微电铸镀层均匀性的影响[J];传感器与微系统;2011年06期

10 汪海燕;彭贞;秦国旭;;纳米金/巯基化合物修饰金电极的制备及电化学行为研究[J];巢湖学院学报;2011年03期

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1 杨潇薇;杨培霞;张锦秋;安茂忠;;无氰电镀银工艺及机理研究[A];2010中国·重庆第七届表面工程技术学术论坛暨展览会论文集[C];2010年

2 何积铨;刘洪群;朱敏;;混凝土IR降对钢筋腐蚀电化学测量的影响[A];2010年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议摘要集[C];2010年

3 孔全存;李勇;王琨;刘立强;;精密内孔相贯线处毛刺的可控电解去除工艺[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年

4 陈晖;汪红;李光杨;王艳;姚锦元;丁桂甫;;微结构电铸过程分析与模拟[A];2009年全国电子电镀及表面处理学术交流会论文集[C];2009年

5 吴伟刚;杨防祖;姚士冰;陈秉彝;郑雪清;周绍民;;柠檬酸盐碱性镀铜的电化学行为研究[A];2009年全国电子电镀及表面处理学术交流会论文集[C];2009年

6 王东;张莉;;基于DSP的超级电容器串联均压控制系统的研究[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（3）[C];2008年

7 李海滨;许茜;胡小峰;马青梅;任东琦;;熔盐电脱氧法制备铌影响因素的研究[A];2006年全国冶金物理化学学术会议论文集[C];2006年

8 许丽萍;张胜涛;钱瑛;;电解法处理铬渣溶浸液的电极反应机理[A];2008年全国湿法冶金学术会议论文集[C];2008年

9 白国梁;王均伟;吴腊霞;徐拥军;;锂离子电池微观电极过程探讨[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第24分会：化学电源[C];2014年

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4 王明艳;过渡金属化合物修饰电极的制备和应用研究[D];南京理工大学;2011年

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3 贺福,杨永岗;酚醛基活性碳纤维[J];高科技纤维与应用;2003年05期

4 方勤;杨邦朝;;超级电容器用中孔炭的研究[J];功能材料;2005年12期

5 吕进玉;林志东;;超级电容器导电聚合物电极材料的研究进展[J];材料导报;2007年03期

6 张治安,杨邦朝,胡永达,邓梅根,汪斌华;纳米氧化锰电极材料的制备和电容特性研究[J];无机化学学报;2005年03期

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8 周鹏伟;李宝华;康飞宇;曾毓群;;椰壳活性炭基超级电容器的研制与开发[J];新型炭材料;2006年02期

9 巢亚军;原鲜霞;马紫峰;;复合材料在超级电容器中的应用研究进展[J];稀有金属材料与工程;2007年06期

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1 王宇;雷军鹏;朱用;敬春梅;胡敏艺;闫忠强;;基片预处理及电沉积电流密度对超级电容器用二氧化锰薄膜性能影响[A];低碳经济条件下重有色金属冶金技术发展研讨会——暨重冶学委会第六届委员会成立大会论文集[C];2010年

2 魏玮;黄小彬;唐小真;;一种无定形水合二氧化锰/微多孔碳球复合物作为超级电容器电极材料[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

3 姜训勇;张磊;孙立伟;刘庆锁;陆翠敏;;低内阻碳纳米管超级电容器研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第5分册）[C];2010年

4 代红蕾;田艳红;;循环伏安法合成聚苯胺膜用于超级电容器电极的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

5 王贵欣;冯永成;周固民;瞿美臻;张伯兰;于作龙;;碳纳米管在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集（上卷）[C];2003年

6 单既成;陈维英;;超级电容器与通信备用电源[A];通信电源新技术论坛——2008通信电源学术研讨会论文集[C];2008年

7 孙玥;彭乔;刘不厌;;超级电容器MnO_2微米球的制备及其电化学性质[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第2分册）[C];2010年

8 王贵欣;袁荣忠;周固民;瞿美臻;冯永成;于作龙;;CNTs/LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2复合材料在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集（下卷）[C];2003年

9 王桂玲;杜建平;张莹;邵光杰;;Co掺杂对二氧化锰超级电容器材料表面形貌的影响[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年

10 王贵欣;周固民;瞿美臻;江奇;王国平;冯永成;张伯兰;于作龙;;两种碳纳米管在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集（上卷）[C];2003年

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1 赵文;[N];科技日报;2004年

2 本报记者 彭友　石丽晖;[N];上海证券报;2009年

3 记者 过国忠　通讯员 陈培;[N];科技日报;2011年

4 何永晋;[N];科技日报;2000年

5 辽宁工学院 陈永真;[N];中国电子报;2003年

6 昆明 兰得春;[N];电子报;2007年

7 记者 刘丽伟;[N];朝阳日报;2010年

8 记者 金晓明;[N];朝阳日报;2010年

9 李俊记者　 王春;[N];科技日报;2006年

10 本报实习记者 薛飞;[N];中国知识产权报;2007年

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4 唐丽;超级电容器用碳质多孔材料的制备及其电化学性能[D];华东理工大学;2011年

5 李媛;超级电容器电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];沈阳理工大学;2010年

6 刘志祥;超级电容器相关技术研究[D];哈尔滨工程大学;2002年

7 黄丛聪;超级电容器电极材料的制备及应用[D];山东理工大学;2010年

8 孙津清;添加不同导电剂对超级电容器性能的影响[D];天津大学;2010年

9 朱修锋;纳米MnO_2/C混合超级电容器的研究[D];哈尔滨工程大学;2003年

10 王磊;多肽纤维的制备以及石墨烯基超级电容器的制备及其电化学性能研究[D];西北大学;2011年

  本文关键词：基于新型纳米结构超级电容器材料的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

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