高性能多孔纳米碳气凝胶电极材料的设计制备及性能研究

发布时间：2021-06-08 11:05

　　碳纳米气凝胶具有三维联通的导电网络和优良的力学性能,可直接用作自支撑电极,在新一代储能器件（超级电容器、加离子电池）中有广阔的应用前景。然而碳纳米材料作为电极时由于其微观结构的限制,仍然存在比电容低、倍率性能弱等问题。为此,研究人员采用与赝电容材料复合或优化微观结构等方法来提高性能,但引入赝电容材料后出现的循环性能降低、多孔碳材料难以在亚纳米尺度精确调控等问题仍待解决。针对上述问题,本文开发了具有先进微观结构的多孔纳米碳气凝胶自支撑电极并应用于超级电容器和钾离子电池,通过系统深入的研究获得了优良的电化学性能,并辅以相应的理论计算分析。通过设计制备碳纳米管/导电聚合物的核壳及核双壳结构以获得高比电容和显著改善的循环稳定性,制备多孔纳米碳管结构实现超级电容器的超高倍率充放电性能和钾离子电池的稳定长循环性能,并通过理论计算揭示了钾离子在亚纳米孔内的存储机制。本论文基于一种三维多孔的碳纳米管海绵,在其内部均匀沉积厚度可控的聚苯胺层,形成具有核壳结构的复合海绵并获得了高比电容值（746 F/g）和良好的倍率性能。同时,聚苯胺壳还增强了海绵的力学性能和导电性,通过致密化处理获得了高的体积比电容（6... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

能源存储系统的示意图

超级电容器的示意图

图 1-5 基于 CNT 的超级电容器a) 器件模型[50]，b) 对比活性炭和单壁 CNT 离子扩散能力的模型示意图Figure 1-5 CNT-based supercapacitorsConcept for devices,[50]b) schematic model comparing the ion diffusion for activatand single-walled carbon nanotubes[51]多孔碳材料作双电层电容的电极材料


本文编号：3218312