功能性杂原子掺杂碳基微球的可控制备及电化学性能研究
发布时间：2022-04-28 23:19
超级电容器作为一种新型储能装置,尤其碳材料超级电容器具有充放电速率快、倍率性能好、化学稳定性好、高低温稳定性好及绿色环保等优点而受到广泛研究。对碳材料进行杂原子掺杂是提升其比容量的一种简便而有效的手段,其中用氮原子对碳材料进行掺杂,可有效提升其比容量而不影响碳材料的本征特性。本论文着重以合成高性能的氮掺杂碳材料为目标,使用简单的制备方法成功制备了氮掺杂碳基微球电极材料,探讨材料中掺杂氮的化学状态与电化学性能之间的构效关系,具体内容如下:1.基于聚合物单体投料摩尔比（氮/氟=7:1、3:1、1:1和1:3）,采用简单的一步水热合成法及某一特定温度下的热处理,成功制备出不同氮掺杂的碳基微球电极材料,实现对其中掺杂氮的化学状态及含量的调控,并研究其对电化学性能的影响。经过测试可知,聚合物单体氮/氟投料摩尔比为3:1的氮掺杂碳材料只含有吡啶状态N和吡咯状态N,且总有效氮含量最高,这些掺杂的N有效地提升了本碳材料的电容性能,使其质量比容量达到最大,在电流密度为0.5 A g-1的充放电测试中具有250 F g-1的高比容量。2.通过对上述所优化的碳材料...
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 电化学超级电容器的介绍
1.2.1 超级电容器的工作原理及分类
1.2.2 超级电容器的特点
1.2.3 超级电容器的结构
1.3 碳材料超级电容性能的影响因素
1.3.1 比表面积
1.3.2 孔径分布
1.3.3 表面状况
1.3.4 导电性
1.4 杂原子掺杂碳材料
1.5 本文的研究意义、研究思路及研究内容
第2章 实验材料和实验方法
2.1 实验材料和实验仪器
2.1.1 实验试剂和材料
2.1.2 主要实验仪器及设备
2.2 实验方法
2.3 结构及性能表征
2.3.1 透射电子显微镜(TEM)
2.3.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)
2.3.3 热重分析技术(TGA)
2.3.4 X射线衍射技术(XRD)
2.3.5 拉曼光谱(Raman)
2.3.6 氮气吸附脱附实验
2.3.7 X射线光电子能谱(XPS)
2.4 电极材料的制备及电化学性能分析
2.4.1 循环伏安测试(CV)
2.4.2 交流阻抗测试(AC impedance)
2.4.3 恒流充放电(GCD)测试
第3章 不同化学状态氮原子掺杂碳基微球的制备及电化学性能研究
3.1 引言
3.2 不同化学状态氮掺杂碳基微球的合成
3.3 结果与讨论
3.3.1 材料的形貌及元素分布
3.3.2 化学状态分析
3.3.3 不同化学状态氮掺杂碳基微球的电化学性能测试
3.4 本章小结
第4章 不同温度处理制备氮掺杂碳基微球及电化学性能研究
4.1 引言
4.2 不同碳化温度处理制备氮掺杂碳基微球
4.3 结果与讨论
4.3.1 材料的形貌及结构分析
4.3.2 化学结构分析
4.3.3 电化学性能测试
4.3.4 a-NCMs(800)材料物理表征及分析
4.3.5 a-NCMs(800)材料电化学性能分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]超级电容器的发展及应用现状[J]. 黄晓斌,张熊,韦统振,齐智平,马衍伟. 电工电能新技术. 2017(11)
[2]双电层电容器储能机理研究概述[J]. 向宇,曹高萍. 储能科学与技术. 2016(06)
[3]超级电容器及其在电力系统中的应用[J]. 吴俊杰,周舟,查方林,何铁祥,冯兵. 电源技术. 2016(10)
[4]超级电容器及其在新能源领域的应用[J]. 王超,苏伟,钟国彬,魏增福,徐凯琪. 广东电力. 2015(12)
[5]超级电容器简介[J]. 范美青. 科技展望. 2015(33)
[6]超级电容器用活性炭电极材料研究进展[J]. 侯敏,邓先伦,孙康,肖凤龙,杨华. 生物质化学工程. 2015(03)
[7]超级电容器及其在新能源汽车中的应用[J]. 李玉鹏,周时国,杜颖颖. 客车技术与研究. 2014(02)
[8]电化学应用（Ⅱ）——电化学电容器的发展与应用[J]. 吴旭冉,贾志军,马洪运,廖斯达,王保国. 储能科学与技术. 2013(06)
[9]超级电容器迅猛发展商机无限[J]. 于凌宇,冯玉萍. 中国电子商情(基础电子). 2008(09)
[10]大功率超级电容器的发展与应用[J]. 王然,苗小丽. 电池工业. 2008(03)
本文编号：3649734
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 电化学超级电容器的介绍
1.2.1 超级电容器的工作原理及分类
1.2.2 超级电容器的特点
1.2.3 超级电容器的结构
1.3 碳材料超级电容性能的影响因素
1.3.1 比表面积
1.3.2 孔径分布
1.3.3 表面状况
1.3.4 导电性
1.4 杂原子掺杂碳材料
1.5 本文的研究意义、研究思路及研究内容
第2章 实验材料和实验方法
2.1 实验材料和实验仪器
2.1.1 实验试剂和材料
2.1.2 主要实验仪器及设备
2.2 实验方法
2.3 结构及性能表征
2.3.1 透射电子显微镜(TEM)
2.3.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)
2.3.3 热重分析技术(TGA)
2.3.4 X射线衍射技术(XRD)
2.3.5 拉曼光谱(Raman)
2.3.6 氮气吸附脱附实验
2.3.7 X射线光电子能谱(XPS)
2.4 电极材料的制备及电化学性能分析
2.4.1 循环伏安测试(CV)
2.4.2 交流阻抗测试(AC impedance)
2.4.3 恒流充放电(GCD)测试
第3章 不同化学状态氮原子掺杂碳基微球的制备及电化学性能研究
3.1 引言
3.2 不同化学状态氮掺杂碳基微球的合成
3.3 结果与讨论
3.3.1 材料的形貌及元素分布
3.3.2 化学状态分析
3.3.3 不同化学状态氮掺杂碳基微球的电化学性能测试
3.4 本章小结
第4章 不同温度处理制备氮掺杂碳基微球及电化学性能研究
4.1 引言
4.2 不同碳化温度处理制备氮掺杂碳基微球
4.3 结果与讨论
4.3.1 材料的形貌及结构分析
4.3.2 化学结构分析
4.3.3 电化学性能测试
4.3.4 a-NCMs(800)材料物理表征及分析
4.3.5 a-NCMs(800)材料电化学性能分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]超级电容器的发展及应用现状[J]. 黄晓斌,张熊,韦统振,齐智平,马衍伟. 电工电能新技术. 2017(11)
[2]双电层电容器储能机理研究概述[J]. 向宇,曹高萍. 储能科学与技术. 2016(06)
[3]超级电容器及其在电力系统中的应用[J]. 吴俊杰,周舟,查方林,何铁祥,冯兵. 电源技术. 2016(10)
[4]超级电容器及其在新能源领域的应用[J]. 王超,苏伟,钟国彬,魏增福,徐凯琪. 广东电力. 2015(12)
[5]超级电容器简介[J]. 范美青. 科技展望. 2015(33)
[6]超级电容器用活性炭电极材料研究进展[J]. 侯敏,邓先伦,孙康,肖凤龙,杨华. 生物质化学工程. 2015(03)
[7]超级电容器及其在新能源汽车中的应用[J]. 李玉鹏,周时国,杜颖颖. 客车技术与研究. 2014(02)
[8]电化学应用（Ⅱ）——电化学电容器的发展与应用[J]. 吴旭冉,贾志军,马洪运,廖斯达,王保国. 储能科学与技术. 2013(06)
[9]超级电容器迅猛发展商机无限[J]. 于凌宇,冯玉萍. 中国电子商情(基础电子). 2008(09)
[10]大功率超级电容器的发展与应用[J]. 王然,苗小丽. 电池工业. 2008(03)
本文编号：3649734
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