碳纳米管海绵纳米复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

发布时间：2017-09-05 14:06

  本文关键词：碳纳米管海绵纳米复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

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【摘要】：超级电容器依靠较大的比电容可存储大量电荷,再加上其功率密度高,循环寿命长等优势,在电力、电子、航天等领域有着广泛的应用。作为影响超级电容器性能的关键因素之一,电极材料的性能尤为重要。因此有必要加大对电极材料(尤其是新型材料)的开发和利用。本文采用三维网络状结构的碳纳米管海绵,对其进行一系列的处理之后,直接用作超级电容器的电极,省去了诸如涂布等工艺,这对后续的应用具有重要意义。主要研究工作如下:采用一定比例的混酸对碳纳米管海绵的管壁进行处理,使之引入一定数量的官能团(包括-OH、-COOH等)。这样可提高其亲水性,使碳纳米管海绵与水系电解液充分浸润。研究发现混酸处理过的碳纳米管海绵能较好地浸入水系电解液中。经过电化学测试表明碳纳米管海绵在混酸处理6小时后的电化学行为最好,在扫描速率速为1mV/s时比容量达到68F/g。在此基础上采用电沉积方法制备了碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料,并采用FT-IR,XRD,SEM,TEM等方法表征了其结构。同时通过电化学技术(CV、恒电流充放电,交流阻抗等)测试了不同聚苯胺含量的复合材料的电化学行为。结果显示,组装成的两电极体系中,当聚苯胺百分含量在63%左右时复合材料电极的性能最好。在0.5A/g电流密度下比容量为200F/g,升高电流密度至5A/g时比容量还有180F/g。在100mV/s的扫速下循环10000次后比容量保持75.2%。以此复合材料组装不对称电容器,能量密度达到15.1Wh/Kg,功率密度达到1598W/Kg。在电流密度为2A/g下循环3000次后比容量保持94.3%。同时还制备了碳纳米管海绵-氢氧化镍的复合材料,并通过XRD,SEM,TEM等方法分析了其微观结构和通过电化学技术(CV,恒电流充放电,交流阻抗等)监测了其电化学行为。测试数据说明,当氢氧化镍百分含量为53%附近时复合材料的性能最佳。在0.5A/g的电流密度时比容量为588.4F/g,在5A/g电流密度时比容量还有400F/g。以50mV/s的扫速循环10000次后比容量保持94%。
【关键词】：碳纳米管海绵 聚苯胺 氢氧化镍 超级电容器
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332;TM53
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 引言9
• 1.2 超级电容器简介9-10
• 1.3 超级电容器的工作原理10-12
• 1.3.1 双电层电容10-11
• 1.3.2 法拉第赝电容11-12
• 1.4 超级电容器的材料12-15
• 1.5 碳纳米管15-18
• 1.5.1 碳纳米管的制备方法16-17
• 1.5.2 碳纳米管的改性17-18
• 1.6 聚苯胺18-19
• 1.6.1 聚苯胺结构18-19
• 1.6.2 聚苯胺的合成19
• 1.7 氢氧化镍19-22
• 1.7.1 氢氧化镍的结构19-20
• 1.7.2 氢氧化镍的合成方法20-22
• 1.8 超级电容器电极材料的研究现状与应用22-23
• 1.9 本论文的选题意义及研究内容23-25
• 第二章 实验介绍25-30
• 2.1 实验药品25
• 2.2 实验仪器25-26
• 2.3 样品表征方法26
• 2.3.1 X射线衍射分析测试26
• 2.3.2 比表面积和孔结构分析测试26
• 2.3.3 扫描电子显微镜26
• 2.4 超级电容器组装26-27
• 2.5 三电极、两电极测试体系介绍27-28
• 2.5.1 三电极测试体系27
• 2.5.2 两电极测试体系27-28
• 2.6 电化学测试介绍28-30
• 2.6.1 循环伏安法28-29
• 2.6.2 交流阻抗法29
• 2.6.3 恒电流充放电法29-30
• 第三章 碳纳米管海绵作为超级电容器电极材料的研究30-44
• 3.1 引论30
• 3.2 实验部分30-31
• 3.2.1 CNTs的处理30-31
• 3.2.2 CNTs的结构表征31
• 3.2.3 CNTs的电化学性能表征31
• 3.3 结果与讨论31-42
• 3.3.1 CNTs的浸润性分析31-32
• 3.3.2 CNTs的FT-IR分析32-33
• 3.3.3 CNTs的XRD分析33
• 3.3.4 CNTs的Raman分析33-34
• 3.3.5 CNTs的BET分析34-35
• 3.3.6 CNTs的形貌分析35-37
• 3.3.7 碳纳米管海绵三电极体系的电化学表征37-41
• 3.3.8 碳纳米管海绵两电极体系的电化学表征41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料的制备与研究44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料的制备44-45
• 4.3 碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料的结构表征45-47
• 4.3.1 碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料的FT-IR分析45-46
• 4.3.2 碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料的XRD分析46
• 4.3.3 碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料的微观形貌分析46-47
• 4.4 碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料的电化学性能表征47-54
• 4.4.1 循环伏安测试47-49
• 4.4.2 恒电流充放电测试49-50
• 4.4.3 交流阻抗测试50
• 4.4.4 循环寿命测试50-51
• 4.4.5 两电极测试51-52
• 4.4.6 混合电容器测试52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 碳纳米管海绵-氢氧化镍复合材料的制备与研究55-62
• 5.1 引言55
• 5.2 碳纳米管海绵-氢氧化镍复合材料的制备55-56
• 5.3 碳纳米管海绵-氢氧化镍复合材料的结构表征56-57
• 5.3.1 碳纳米管海绵-氢氧化镍复合材料的XRD分析56
• 5.3.2 碳纳米管海绵-氢氧化镍复合材料的SEM和TEM分析56-57
• 5.4 碳纳米管海绵-氢氧化镍的电化学表征57-60
• 5.4.1 循环伏安测试57-58
• 5.4.2 恒电流充放电测试58-59
• 5.4.3 交流阻抗测试59-60
• 5.4.4 循环寿命测试60
• 5.5 本章小结60-62
• 第六章 结论62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-70

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本文编号：798407