密胺树脂基电极材料的制备以及在超级电容器中的应用

发布时间：2020-04-27 06:28

【摘要】：超级电容器(SC)是一种新兴的储能元件,(SC)具有比电容大,比功率高,充电速度快,循环寿命长,低温性能优越,免维护,安全环保等优点。根据(SC)的储能机理的差异,可以将其分为双电层电容器(EDLC)和赝电容器(PC)。(EDLC)大部分使用的是比表面积大的材料,原理是材料与电解液在界面储存静电来存储能量。(PC)使用的是导电高聚物或金属氧化物作为电极材料,电极中的活性物质发生可逆的氧化/还原反应而产生相对于(EDLC)更高的比容量。三聚氰胺具有丰富的氮元素含量,与含醛基化合物发生反应,经过缩聚反应后生成了性能优异的密胺树脂基材料。之后经过高温煅烧,形成一种富含氮,氧等杂原子的碳材料。将其应用于超级电容器电极材料中,材料表现出双电层电容与赝电容共存的形式,具有良好的比电容和倍率性能。本论文研究内容如下:将聚乙烯醇溶解之后,加入适量三聚氰胺与甲醛,在60℃下通过醋酸催化,合成了均匀分散的三聚氰胺甲醛树脂基微球。聚乙烯醇与甲醛反应进入共聚物主链骨架,它不仅用作分散剂,并且参与反应生成密胺树脂微球。在700℃下碳化后,获得具有常规厚度的碳微片,其中氮含量高达12.4 at.%和氧含量为10.5at.%,两种杂原子都带来相当大的伪电容。在电化学测试中,电流密度为0.5 Ag~(-1)时,基于碳的电极材料表现出具有270Fg~(-1)的高重量电容,在电流密度为10Ag~(-1)时具有207Fg~(-1)的理想倍率性能。将材料制成储能器件时,在10Ag~(-1)的电流密度下经过10000个循环之后具有良好的循环稳定性和101%的电容性能保持率。三聚氰胺和硫脲以1:8的摩尔比混合之后,与过量甲醛溶液发生共缩聚反应,生成具有优越性能的共聚树脂。经过750℃高温下碳化,三种结构单元互为模板,制备得到一种氮硫掺杂的多孔复合碳材料。材料既保留了密胺树脂丰富的氮含量(达到20.7 at.%),而且还引入了硫脲甲醛树脂的硫元素。在1Ag~(-1)下比电容为311Fg~(-1),电流密度为10Ag~(-1)时为229Fg~(-1),保留率为73.6%,倍率性能良好。在10Ag~(-1)的电流密度下测试循环性能,循环10000圈后比电容增长至最初值的103%,材料表现出良好的电化学性能。三聚氰胺与甲醛在不同分子质量的聚乙二醇(PEG)溶液中进行反应,聚乙二醇参与到密胺树脂的形成过程,而且聚乙二醇作为制孔剂,改善了密胺树脂形貌。经过高温碳化后,得到了特殊形貌的密胺树脂基碳材料。我们使用扫描电子显微镜等分析了形貌,X射线衍射仪等分析了化学结构。将得到的碳材料用于超级电容器电极材料之中,对材料进行了进一步的表征。
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ323.3;TM53

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本文编号：2641977