碳及其复合材料的制备及电化学性能研究

发布时间：2017-10-31 12:08

  本文关键词：碳及其复合材料的制备及电化学性能研究

  更多相关文章： 电化学沉积 微、纳米碳球 二氧化锰 超级电容器

【摘要】：超级电容器具有功率密度大、能量密度高和循环寿命长等优点,目前己被广泛应用于电动汽车、电子消费和航空航天等领域。对于超级电容器而言,电极材料的性能将直接决定整个器件的电化学性能。因而探索并开发新型电极材料及制备材料的新方法非常关键。本论文以N-甲基吡咯烷酮为原料,通过电化学方法制备出具有微、纳米尺寸的球形碳颗粒,并对其进行热处理改性；在此基础上,又通过与KMnO4反应,制备了表面嵌有Mn02纳米微粒的“芝麻球”型复合材料。并对上述几种材料的电化学性能进行了研究。本论文主要包括以下两方面的内容：(1)微、纳米碳球的制备：采用N-甲基吡咯烷酮为碳源,向其中加入一定量的去离子水,超声混合后作为电解液,采用电化学沉积法,以抛光铜片为阴极,在其表面得到了碳材料。采用SEM和Raman,系统研究了碳源浓度、沉积电压和沉积时间对产物形貌及其组成结构的影响。并采用FTIR、XRD及TEM对制备材料的组成、形貌和结构作了进一步的分析和验证。结果表明制备的材料为含有杂质官能团的无定形碳微米球和具有“洋葱”结构的碳纳米球。在N2保护下,经900℃热处理后制备了石墨化的碳微球材料。通过循环伏安和恒流充放电测试对材料的电化学性能进行了研究,结果表明经热处理后的电极材料表现出了良好的可逆性和充放电效率,在扫描速率为5mV/s时,比容量为122.4F/g。在1A/g的电流密度下,比电容为102.4F/g。(2)二氧化锰/碳微球的制备：采用自制的碳微球粉末还原KMnO4,在碳微球表面嵌入纳米MnO2微粒,从而制备了“芝麻球”形的MnO2/C的复合电极材料。采用SEM和Raman,系统探索了反应时间对产物形貌和组成结构的影响。并采用TG、FTIR、XRD及TEM对电极材料的形貌和组成结构作了进一步的分析和验证。通过循环伏安和恒流充放电对材料的电化学性能进行了研究,结果表明嵌入纳米MnO2微粒后,电极材料表现出了良好的容量性能,在扫描速率为5mV/s时,比容量为145.5F/g。在1A/g的电流密度下,比容量为128.3F/g。
【关键词】：电化学沉积 微、纳米碳球 二氧化锰 超级电容器
【学位授予单位】：上海应用技术学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB33;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 碳材料11-13
• 1.1.1 碳材料的类型和特点11-12
• 1.1.2 碳微球电极的研究进展12-13
• 1.2 碳/二氧化锰复合材料13-14
• 1.3 超级电容器14-18
• 1.3.1 超级电容器简介14
• 1.3.2 超级电容器的类型和特点14-17
• 1.3.3 超级电容器电极材料17-18
• 1.4 本论文的选题意义和主要研究内容18-20
• 1.4.1 选题意义18
• 1.4.2 主要研究内容18-20
• 第2章 实验材料、仪器及表征方法20-26
• 2.1 实验试剂及材料20-21
• 2.2 实验仪器21
• 2.3 物理性能测试21-23
• 2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)21-22
• 2.3.2 透射电子显微镜(TEM)22
• 2.3.3 拉曼光谱(Raman)22
• 2.3.4 傅立叶变换红外光谱(FTIR)22-23
• 2.3.5 X射线粉末衍射(XRD)23
• 2.3.6 热重分析(TGA)23
• 2.4 电化学性能测试23-26
• 2.4.1 循环伏安(CV)23-24
• 2.4.2 恒流充放电测试(GCD)24-26
• 第3章 微纳米碳球的制备和表征26-45
• 3.1 引言26-27
• 3.2 实验部分27-28
• 3.3 结果与讨论28-41
• 3.3.1 NMP浓度的影响28-31
• 3.3.2 沉积电压的影响31-34
• 3.3.3 沉积时间的影响34-37
• 3.3.4 傅里叶红外光谱(FT-IR)分析37-38
• 3.3.5 X射线衍射(XRD)分析38-39
• 3.3.6 拉曼光谱(Raman)分析39
• 3.3.7 透射电子显微镜(TEM)分析39-41
• 3.4 电化学性能测试41-44
• 3.4.1 循环伏安(CV)测试41-43
• 3.4.2 恒流充放电(GCD)测试43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 C/MnO_2复合微球的制备及其电化学性能研究45-57
• 4.1 引言45-46
• 4.2 实验内容46
• 4.3 结果与讨论46-53
• 4.3.1 反应时间对C/MnO_复合材料的影响46-49
• 4.3.2 热重(TG)分析49-50
• 4.3.3 傅里叶红外光谱(FTIR)分析50
• 4.3.4 X射线衍射(XRD)分析50-51
• 4.3.5 透射电子显微镜(TEM)分析51-53
• 4.4 电化学性能测试53-56
• 4.4.1 循环伏安(CV)测试53-54
• 4.4.2 恒流充放电(GCD)测试54-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 结论57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文64

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本文编号：1122275