碳纤维基复合电极材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2024-03-02 06:52

　　随着电子产品的快速发展,能源存储设备引起了科研人员和相关公司的广泛关注。其中,超级电容器由于功率密度、循环稳定性优于二次电池,且能量密度与其接近,有望广泛应用于电子设备中。纤维状超级电容器易于加工,可直接应用到织物中而不破坏织物的整体结构。碳纤维是一类被广泛研究的电极材料,其具有优异的导电性、高机械强度、低密度、耐腐蚀、易于织造等优点,适用于一维电极的制备。但是,碳纤维自身的比电容和能量密度较低,难以达到能源存储设备的要求。若将碳纤维与赝电容材料结合起来,使制备的电极材料兼具碳纤维优异的导电性、机械性能和赝电容材料的高能量密度,有望获得综合性能优异的电极材料。因此,本文主要基于碳纤维基电极材料,分别利用氧化-微波剥离、电化学沉积、溶液-凝胶法金属氧化物及氮化物沉积等方法,制备改性碳纤维及碳纤维基复合电极材料,分析了其结构、形貌与电化学性能,并组装成一维柔性超级电容器,进行性能研究。主要研究内容如下:1.采用氧化-微波剥离的方法,在碳纤维表面制备一层具有含氧基团的石墨片层,并以此制备一维电极。首先对碳纤维进行氧化处理,在其表层形成疏松的石墨片层。傅里叶红外转换光谱(FTIR)图、元素分析...

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超级电容器的结构和机理
        1.2.1 超级电容器的组成
        1.2.2 超级电容器的机理
        1.2.3 超级电容器的分类
    1.3 电极材料的类型
        1.3.1 双电层电极材料
        1.3.2 赝电容电极材料
    1.4 一维电极材料
        1.4.1 基于金属线或金属层包覆纤维的一维电极
        1.4.2 基于碳材料的一维电极
        1.4.3 赝电容材料/碳复合一维电极
    1.5 论文的选题意义和研究内容
第二章 碳纤维的表面氧化-微波改性及电化学性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 主要实验试剂和原料
        2.2.2 碳纤维的表面氧化-微波改性
        2.2.3 测试和表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 改性Hummers法和微波法处理碳纤维过程
        2.3.2 改性碳纤维电极材料的形貌和结构表征
        2.3.3 含氧基团储能机理
        2.3.4 改性碳纤维电极材料的电化学性能
    2.4 本章小结
第三章 MnO₂/碳纤维复合电极的制备与电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 主要实验试剂和原料
        3.2.2 MnO₂/碳纤维电极复合电极的制备
        3.2.3 柔性超级电容器的制备
        3.2.4 测试和表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 电沉积制备MnO₂纳米片及其储能机理
        3.3.2 MnO₂/碳纤维复合电极材料的制备与形貌结构表征
        3.3.3 MnO₂/碳纤维电极材料的电化学性能
    3.4 本章小结
第四章 Ti(O,N)/碳纤维复合电极的制备与电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 主要实验试剂和原料
        4.2.2 Ti(O,N)/碳纤维复合电极的制备
        4.2.3 柔性超级电容器的制备
        4.2.4 测试和表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Ti(O,N)表层形成机理
        4.3.2 具有Ti(O,N)表层碳纤维电极材料的形貌和结构表征
        4.3.3 Ti(O,N)/碳纤维电极材料的电化学性能
    4.4 本章小结
第五章 全文总结
    5.1 全文结论
    5.2 不足之处
    5.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文目录
致谢



本文编号：3916495