纳米碳/金属氧化（氢氧化）物复合材料的制备及其储能性能研究

发布时间：2021-02-21 17:19

　　随着化石能源的日益枯竭及化石能源使用带来的日益严重的环境危机,我们必须加快摆脱过度依赖化石燃料的能源体系,寻求一种可持续发展的新能源体系。其中电化学储能作为新能源体系的重要组成部分被认为是可取代化石能源体系的可持续发展能源体系。超级电容器、锂离子电池作为电化学储能系统的重要组成部分近年来引起了广泛的关注。电极材料作为超级电容器、锂离子电池的重要组成部分其不断更新与发展在超级电容器、锂离子电池的发展中有举足轻重的作用。本论文设计合成了纳米碳／金属氧化物和纳米碳／金属氢氧化物复合材料,并对复合材料的储能性能进行了研究。具体研究如下：1、研究了一种具有普适性采用表面活性剂对纳米碳材料进行表面修饰,改善其表面亲水性,然后采用共沉淀法在纳米碳材料表面原位生长水滑石纳米阵列的方法。采用该方法成功地在纳米石墨、碳纳米管表面生长得到水滑石纳米阵列得到KS-6石墨／镍铝水滑石复合材料（记做KS-6/NiAl-LDHs）及碳纳米管／镍铝水滑石复合材料（记做CNTs/NiAl-LDHs）。合成得到的纳米碳／水滑石复合材料具有优异的超级电容器性能,在1 A·g-1的电流密度下KS-6/NiAl-LDHs与CN... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超级电容器概述
        1.2.1 超级电容器储能机理
        1.2.2 超级电容器电极材料
            1.2.2.1 碳材料
            1.2.2.2 金属氧化物
            1.2.2.3 导电聚合物
    1.3 LDHs概述
        1.3.1 LDHs的结构与组成
        1.3.2 LDHs基超级电容器电极材料研究进展
    1.4 碳纳米管概述
        1.4.1 碳纳米管的结构
        1.4.2 碳纳米管的合成
        1.4.3 碳纳米管的应用
    1.5 论文选题意义与主要研究内容
        1.5.1 论文选题意义
        1.5.2 主要研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验试剂
    2.2 实验仪器
    2.3 测试分析仪器
    2.4 电化学测试
        2.4.1 超级电容器电化学性能测试
            2.4.1.1 超级电容器电极的制作
            2.4.1.2 超级电容器循环伏安（CV）测试
            2.4.1.3 超级电容器恒流充放电测试
        2.4.2 锂离子电池电化学性能测试
            2.4.2.1 半电池的组装
            2.4.2.2 半电池性能测试
第三章 纳米碳材料原位生长NiAl-LDHs纳米阵列及其超级电容器性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 KS-6/NiAl-LDHs纳米阵列复合物的制备
        3.2.2 CNTs/NiAl-LDHs纳米阵列复合物的制备
        3.2.3 合成NiAl-LDHs对比样品
        3.2.4 无表面活性剂处理合成KS-6/NiAl-LDHs复合物
    3.3 结果分析与讨论
        3.3.1 KS-6/NiAl-LDHs复合物的结构及形貌表征
            3.3.1.1 KS-6/NiAl-LDHs复合物的XRD表征
            3.3.1.2 KS-6/NiAl-LDHs复合物形貌表征
        3.3.2 表活剂修饰与无表活剂合成KS-6/NiAl-LDHs复合物结构对比
        3.3.3 CNTs/NiAl-LDHs复合物的结构及形貌表征
            3.3.3.1 CNTs/NiAl-LDHs复合物的XRD表征
            3.3.3.2 CNTs/NiAl-LDHs复合物的形貌表征
        3.3.4 KS-6/NiAl-LDHs复合物的电化学性能测试
            3.3.4.1 KS-6/NiAl-LDHs复合物的CV测试
            3.3.4.2 KS-6/NiAl-LDHs复合物的恒流充放电及倍率性能测试
            3.3.4.3 KS-6/NiAl-LDHs复合物的循环性能测试
        3.3.5 CNTs/NiAl-LDHs复合物的电化学性能测试
            3.3.5.1 CNTs/NiAl-LDHs复合物的CV测试
            3.3.5.2 CNTs/NiAl-LDHs复合物的恒流充放电及倍率性能测试
            3.3.5.3 CNTs/NiAl-LDHs复合物的循环性能测试
    3.4 本章小结
第四章 膨胀石墨/NiAl-LDHs的合成及其超级电容器性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 EG/NiAl-LDHs纳米阵列复合物的合成
        4.2.2 对比样品NiAl-LDHs的合成
    4.3 结果分析与讨论
        4.3.1 EG/NiAl-LDHs复合物的结构及形貌表征
            4.3.1.1 EG/NiAl-LDHs XRD的表征
            4.3.1.2 EG/NiAl-LDHs形貌的表征
        4.3.2 EG/NiAl-LDHs的电化学性能测试
            4.3.2.1 EG/NiAl-LDHs的CV测试
            4.3.2.2 EG/NiAl-LDHs的恒流充放电及倍率性能测试
            4.3.2.3 EG/NiAl-LDHs的循环性能测试
    4.4 本章小结
第五章 水滑石前驱体基催化剂催化复杂碳源生长碳纳米管及其储锂性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 水滑石催化剂前驱体的合成
            5.2.1.1 粉体NiMgAl-LDHs及NiAl-LDHs催化剂前驱体的合成
            5.2.1.2 镍网/NiMgAl-LDHs及镍网/NiAl-LDHs催化剂前驱体的合成
            5.2.1.3 CF/NiCo-LDHs催化剂前驱体的合成
        5.2.2 水滑石催化复杂碳源生长CNTs
    5.3 结果分析与讨论
        5.3.1 水滑石催化剂前驱体的结构及形貌表征
            5.3.1.1 粉体NiMgAl-LDHs催化剂前驱体的结构及形貌表征
            5.3.1.2 粉体NiAl-LDHs催化剂前驱体的结构及形貌表征
            5.3.1.3 镍网/NiMgAl-LDHs催化剂前驱体形貌表征
            5.3.1.4 镍网/NiAl-LDHs催化剂前驱体形貌表征
            5.3.1.5 CF/NiCo-LDHs催化剂前驱体形貌表征
        5.3.2 水滑石基前驱体催化剂催化复杂碳源生长CNTs的表征
            5.3.2.1 NiMgAl-LDHs前驱体催化剂催化生长CNTs结构形貌表征
            5.3.2.2 镍网/NiMgAl-LDHs前驱体催化剂催化生长CNTs形貌表征
            5.3.2.3 延长反应时间催化生长CNTs形貌表征
            5.3.2.4 NiAl-LDHs前驱体催化剂催化生长CNTs形貌表征
            5.3.2.5 镍网/NiAl-LDHs前驱体催化剂催化生长CNTs形貌表征
            5.3.2.6 CF/NiCo-LDHs前驱体催化剂催化生长CNTs形貌表征
        5.3.3 LDHs基前驱体催化剂催化复杂碳源生长CNTs复合物的储锂性能研究
            5.3.3.1 粉体NMgAl-LDHs前驱体催化复杂碳源生长CNTs复合物的储锂性能研究
            5.3.3.2 CF/NiCo-LDHs前驱体催化剂催化复杂碳源生长CNTs复合物的储锂性能研究
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 论文创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书


【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/高分子复合薄膜的制备及应用[J]. 于小雯,石高全.  高分子学报. 2014(07)
[2]Carbon/carbon supercapacitors[J]. Elzbieta Frackowiak,Qamar Abbas,Franois Bguin.  Journal of Energy Chemistry. 2013(02)
[3]CoAl双氢氧化物作超级电容器的电极材料[J]. 刘献明,张校刚.  电源技术. 2003(03)



本文编号：3044671