新型碳基多孔材料的制备及其电化学储能研究
发布时间：2021-05-17 11:02
随着便携式电子设备和混合动力汽车的普及,人们对于高能量,大功率能源的需求越发迫切。最近,基于碳材料的超级电容器受到了广泛的关注,因为它们具有高功率密度,高充放电效率,优良的化学稳定性和低成本等特点。目前关于碳电极材料的研究基本上都聚焦在改善电极材料的比表面积以及引入多级次的孔洞结构。然而,由于碳材料本身易聚集从而导致比表面积降低,自身储能机理也以双电层电容为主,从而使其电容存储量很低,因而碳电极材料迟迟难以获得大规模应用。目前,解决低电容问题主要是在传统的双电层储能中进一步引入赝电容储能。此外,从结构设计上考虑制备多维度复合材料（比如零维的纳米中空碳球和一维的纳米管）是改善性能的好方法。基于以上考量,本论文主要研究了中空碳球及其同碳管的复合材料的制备,并探究了系列材料的电化学储能性能,具体内容如下:（1）杂原子掺杂的多孔中空碳球的制备及其在超级电容器中的应用:以聚苯乙烯纳米粒子为核,聚吡咯为壳,通过硬模板法合成聚吡咯@聚苯乙烯核壳粒子并作进一步碳化的处理,最终成功制备了氮、氧掺杂的中空碳球。基于对样品前驱体投料量的调节,并辅以氢氧化钾高温活化,最终得到了三种不同形貌的中空碳球。活化的中...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 超级电容器的概述及工作原理
1.2.1 超级电容器
1.2.2 双电层电容器
1.2.3 法拉第准电容超级电容器
1.2.4 超级电容器的结构
1.2.4.1 电极
1.2.4.2 电解液
1.3 碳基电极材料在超级电容器中的应用
1.3.1 零维碳纳米球在超级电容器中的研究进展
1.3.2 一维纳米结构的碳材料超级电容器的研究进展
1.4 锂硫电池的概述及工作原理
1.4.1 锂硫电池的历史
1.4.2 锂硫电池的原理及存在的问题
1.5 碳基硫宿主材料在锂硫电池中的应用
1.6 本课题的提出和研究内容
第二章 氮、氧掺杂的多孔中空碳球的制备与表征
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 原料和试剂
2.2.2 材料合成与制备
2.2.2.1 单分散聚苯乙烯纳米粒子的合成
2.2.2.2 中空碳球（Hollow Carbon Spheres, HCSs）的制备
2.2.2.3 活化中空碳球（Activated Hollow Carbon Spheres, A-HCSs）的制备
2.2.3 测试与表征
2.2.4 电极材料的电化学测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 形貌分析
2.3.2 化学结构分析
2.3.3 比表面积及孔道结构分析
2.3.4 电化学测试及分析
2.4 本章小结
第三章 构筑杂原子掺杂的管套球(中空碳球@碳管)体系超级电容器材料的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 原料和试剂
3.2.2 材料的合成与制备
3.2.2.1 二氧化硅纳米粒子的合成（SiO_2）
3.2.2.2 二氧化硅@阳极氧化铝模板的合成（SiO_2@AAO）
3.2.2.3 中空碳球@碳管的合成（HCSs@CT）
3.2.2.4 碳管的合成（CTs）
3.2.2.5 中空碳球的合成（HCSs）
3.2.3 测试与表征
3.2.4 电极材料的电化学测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 形貌分析
3.3.2 化学结构分析
3.3.3 孔道结构分析
3.3.4 电化学测试及分析
3.4 本章小结
第四章 基于管套球(中空碳球@碳管)硫宿主材料在锂硫电池中的应用探索
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 原料和试剂
4.2.2 材料的制备
4.2.2.1 表面无孔的中空碳球@碳管的合成(N-HCSs@CT)
4.2.2.2 硫/碳复合材料的制备
4.2.3 测试与表征
4.2.4 电极材料的电化学测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 形貌分析
4.3.2 化学组成与结构分析
4.3.3 硫电极形貌及其电化学性能
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.1.1 氮、氧掺杂的多孔中空碳球的制备与表征
5.1.2 构筑杂原子掺杂的管套球体系超级电容器材料的研究
5.1.3 基于管套球硫宿主材料在锂硫电池中的应用探索
5.2 创新点
5.3 课题展望
参考文献
附录1:攻读硕士期间公开发表论文目录
附录2:简写及符号说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]储能技术在电力系统中的应用[J]. 张文亮,丘明,来小康. 电网技术. 2008(07)
[2]超级电容器隔膜材料的制备与研究[J]. 杨惠,张密林,陈野. 应用科技. 2006(07)
[3]电化学电容器及其研究进展[J]. 南俊民,杨勇,林祖赓. 电源技术. 1996(04)
本文编号：3191648
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 超级电容器的概述及工作原理
1.2.1 超级电容器
1.2.2 双电层电容器
1.2.3 法拉第准电容超级电容器
1.2.4 超级电容器的结构
1.2.4.1 电极
1.2.4.2 电解液
1.3 碳基电极材料在超级电容器中的应用
1.3.1 零维碳纳米球在超级电容器中的研究进展
1.3.2 一维纳米结构的碳材料超级电容器的研究进展
1.4 锂硫电池的概述及工作原理
1.4.1 锂硫电池的历史
1.4.2 锂硫电池的原理及存在的问题
1.5 碳基硫宿主材料在锂硫电池中的应用
1.6 本课题的提出和研究内容
第二章 氮、氧掺杂的多孔中空碳球的制备与表征
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 原料和试剂
2.2.2 材料合成与制备
2.2.2.1 单分散聚苯乙烯纳米粒子的合成
2.2.2.2 中空碳球（Hollow Carbon Spheres, HCSs）的制备
2.2.2.3 活化中空碳球（Activated Hollow Carbon Spheres, A-HCSs）的制备
2.2.3 测试与表征
2.2.4 电极材料的电化学测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 形貌分析
2.3.2 化学结构分析
2.3.3 比表面积及孔道结构分析
2.3.4 电化学测试及分析
2.4 本章小结
第三章 构筑杂原子掺杂的管套球(中空碳球@碳管)体系超级电容器材料的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 原料和试剂
3.2.2 材料的合成与制备
3.2.2.1 二氧化硅纳米粒子的合成（SiO_2）
3.2.2.2 二氧化硅@阳极氧化铝模板的合成（SiO_2@AAO）
3.2.2.3 中空碳球@碳管的合成（HCSs@CT）
3.2.2.4 碳管的合成（CTs）
3.2.2.5 中空碳球的合成（HCSs）
3.2.3 测试与表征
3.2.4 电极材料的电化学测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 形貌分析
3.3.2 化学结构分析
3.3.3 孔道结构分析
3.3.4 电化学测试及分析
3.4 本章小结
第四章 基于管套球(中空碳球@碳管)硫宿主材料在锂硫电池中的应用探索
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 原料和试剂
4.2.2 材料的制备
4.2.2.1 表面无孔的中空碳球@碳管的合成(N-HCSs@CT)
4.2.2.2 硫/碳复合材料的制备
4.2.3 测试与表征
4.2.4 电极材料的电化学测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 形貌分析
4.3.2 化学组成与结构分析
4.3.3 硫电极形貌及其电化学性能
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.1.1 氮、氧掺杂的多孔中空碳球的制备与表征
5.1.2 构筑杂原子掺杂的管套球体系超级电容器材料的研究
5.1.3 基于管套球硫宿主材料在锂硫电池中的应用探索
5.2 创新点
5.3 课题展望
参考文献
附录1:攻读硕士期间公开发表论文目录
附录2:简写及符号说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]储能技术在电力系统中的应用[J]. 张文亮,丘明,来小康. 电网技术. 2008(07)
[2]超级电容器隔膜材料的制备与研究[J]. 杨惠,张密林,陈野. 应用科技. 2006(07)
[3]电化学电容器及其研究进展[J]. 南俊民,杨勇,林祖赓. 电源技术. 1996(04)
本文编号：3191648
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