炭及其复合材料的制备与电化学储能应用研究
发布时间：2023-04-11 20:50
超级电容器是一种新兴的电化学储能装置,相比于传统的电池,它具有更高的功率密度,更长的循环使用寿命以及较好的安全性。但是,它的低能量密度和昂贵的价格却限制了其广泛应用。超级电容器的性能主要是由构成器件的电极材料的性质所决定的。炭材料具有较大的比表面积,良好的导电性和可调控的孔道结构,是构成商用超级电容器电极材料的主要成分。开发和制备具有性能优异且价格低廉的多孔炭材料是制备高性能超级电容器的一个重要途径。除此之外,通过改性电极材料性质来构建高性能的混合电化学储能器件如锂离子电容器的方法也可以有效的提高储能器件的能量密度。本论文围绕超级电容器电极纳米材料的设计及合成开展了较为系统的研究,主要内容和结果如下:本论文的第二章提出了 一种简单易行的制备多级孔炭材料的方法一一发泡法。该方法以KHC03作为活化剂,纤维素作为碳源,将两者物理混合,高温煅烧后可制备得到同时含有大孔、介孔和微孔的多级孔炭材料(Ccel-LE)。材料中的大孔来自于KHCo3分解产生的气体的物理膨胀;而微孔和介孔来源于KHC03分解产物在高温下对炭材料的刻蚀。进一步地,不同配比的纤维素,半纤维素和木质素的混合物被用来作为原始生...
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 超级电容器简介
1.2.1 超级电容器的发展史
1.2.2 超级电容器的储能原理
1.2.3 超级电容器的构造及其分类
1.3 多孔炭材料在超级电容器中应用进展
1.3.1 多孔炭材料的孔道对电容的影响
1.3.2 炭材料的孔道分类及其对电容性能的影响
1.3.3 多级孔炭材料的制备及其在超级电容器中的应用
1.4 插层电极材料在锂离子电容器中的应用
1.5 本论文的研究思路和主要研究内容
1.5.1 研究思路
1.5.2 主要研究内容
第二章 基于生物质的多级孔炭材料的制备及其在超级电容器中的应用
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验药品和试剂
2.2.2 实验仪器
2.2.3 多级孔炭材料的制备
2.2.4 对比样品
2.2.5 热重质谱联用分析
2.2.6 电容器三电极测试电极制备过程
2.2.7 电容器两电极测试电极制备过程
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 “发泡法”制备得到的炭材料的结构性质
2.3.2 煅烧温度对炭材料结构的影响
2.3.3 活化剂与纤维素的比例对炭材料的影响
2.3.4 活化剂对生物质热解的影响
2.3.5 前驱体类型对多孔炭结构的影响
2.3.6 混合物种不同前驱体的比例对炭材料形貌的影响
2.3.7 原始生物质作为碳源利用“发泡法”制备多级孔炭
2.3.8 多级孔炭材料在超级电容器中的应用
2.4 本章小结
第三章 改性的商业碳布负载炭包五氧化二铌用于高性能锂离子电容器
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验药品和试剂
3.2.2 实验仪器
3.2.3 Nb2O5@ACC的制备
3.2.4 T-Nb2O5@ACC的制备
3.2.5 C/T- Nb2O5@ACC的制备
3.2.6 C-Fe,C-Al和C-Cu的制备
3.2.7 活化碳布(TCC)的制备
3.2.8 材料的接触角测试
3.2.9 炭包金属氧化物作为锂离子电池负极的性能测试
3.2.10 对称电极的阻抗测试
3.2.11 炭包金属氧化物和活化碳布组装成锂离子电容器及其性能测试
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 载体表面性质的影响
3.3.2 C/T-Nb2O5@ACC的结构及形貌表征
3.3.3 C/T-Nb2O5@ACC的储能性能
3.3.4 包覆炭层的性质及对材料性能的影响
3.3.5 组装器件的性能
3.4 本章小节
第四章 商业碳布的改性及其在锂离子电容器中应用
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 实验药品和试剂
4.2.2 实验仪器
4.2.3 氯化铁插层碳布CCGIC的制备
4.2.4 活化碳布TCC的制备
4.2.5 对比样品PCC的制备
4.2.6 电极片的性能评估
4.2.7 对称电极的阻抗测试和模拟
4.3 实验结果与讨论
4.3.1 材料结构表征
4.3.2 三维自支撑电极的优点
4.3.3 CCGIC对称阻抗分析
4.3.4 CCGIC和TCC组装成锂离子电容器的性能测试
4.4 本章小节
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
附录Ⅰ 电极材料的电容性能评估方法
粉末电极材料的制备
粉末材料制备电极材料的过程如下
电容评价方法
循环伏安法(CV)
恒流充放电法(GCD)
能量密度Ex和功率密度Px的计算
交流阻抗测试(EIS)
稳定性测试
附录Ⅱ 仪器名称及其型号
参考文献
作者简介及在博士期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3789727
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 超级电容器简介
1.2.1 超级电容器的发展史
1.2.2 超级电容器的储能原理
1.2.3 超级电容器的构造及其分类
1.3 多孔炭材料在超级电容器中应用进展
1.3.1 多孔炭材料的孔道对电容的影响
1.3.2 炭材料的孔道分类及其对电容性能的影响
1.3.3 多级孔炭材料的制备及其在超级电容器中的应用
1.4 插层电极材料在锂离子电容器中的应用
1.5 本论文的研究思路和主要研究内容
1.5.1 研究思路
1.5.2 主要研究内容
第二章 基于生物质的多级孔炭材料的制备及其在超级电容器中的应用
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验药品和试剂
2.2.2 实验仪器
2.2.3 多级孔炭材料的制备
2.2.4 对比样品
2.2.5 热重质谱联用分析
2.2.6 电容器三电极测试电极制备过程
2.2.7 电容器两电极测试电极制备过程
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 “发泡法”制备得到的炭材料的结构性质
2.3.2 煅烧温度对炭材料结构的影响
2.3.3 活化剂与纤维素的比例对炭材料的影响
2.3.4 活化剂对生物质热解的影响
2.3.5 前驱体类型对多孔炭结构的影响
2.3.6 混合物种不同前驱体的比例对炭材料形貌的影响
2.3.7 原始生物质作为碳源利用“发泡法”制备多级孔炭
2.3.8 多级孔炭材料在超级电容器中的应用
2.4 本章小结
第三章 改性的商业碳布负载炭包五氧化二铌用于高性能锂离子电容器
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验药品和试剂
3.2.2 实验仪器
3.2.3 Nb2O5@ACC的制备
3.2.4 T-Nb2O5@ACC的制备
3.2.5 C/T- Nb2O5@ACC的制备
3.2.6 C-Fe,C-Al和C-Cu的制备
3.2.7 活化碳布(TCC)的制备
3.2.8 材料的接触角测试
3.2.9 炭包金属氧化物作为锂离子电池负极的性能测试
3.2.10 对称电极的阻抗测试
3.2.11 炭包金属氧化物和活化碳布组装成锂离子电容器及其性能测试
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 载体表面性质的影响
3.3.2 C/T-Nb2O5@ACC的结构及形貌表征
3.3.3 C/T-Nb2O5@ACC的储能性能
3.3.4 包覆炭层的性质及对材料性能的影响
3.3.5 组装器件的性能
3.4 本章小节
第四章 商业碳布的改性及其在锂离子电容器中应用
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 实验药品和试剂
4.2.2 实验仪器
4.2.3 氯化铁插层碳布CCGIC的制备
4.2.4 活化碳布TCC的制备
4.2.5 对比样品PCC的制备
4.2.6 电极片的性能评估
4.2.7 对称电极的阻抗测试和模拟
4.3 实验结果与讨论
4.3.1 材料结构表征
4.3.2 三维自支撑电极的优点
4.3.3 CCGIC对称阻抗分析
4.3.4 CCGIC和TCC组装成锂离子电容器的性能测试
4.4 本章小节
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
附录Ⅰ 电极材料的电容性能评估方法
粉末电极材料的制备
粉末材料制备电极材料的过程如下
电容评价方法
循环伏安法(CV)
恒流充放电法(GCD)
能量密度Ex和功率密度Px的计算
交流阻抗测试(EIS)
稳定性测试
附录Ⅱ 仪器名称及其型号
参考文献
作者简介及在博士期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3789727
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3789727.html
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