不同尺寸分布的多孔碳材料的超级电容器性能研究

发布时间：2017-03-28 21:17

  本文关键词：不同尺寸分布的多孔碳材料的超级电容器性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人类社会的不断发展,人口的不断增加,经济不断增长,能源消耗日益增多,煤、石油、天然气等非再生资源的地球储量有限,远远不能满足人类社会经济发展的需要;此外,由于粗放式的使用非再生资源,引发了一系列的环境问题。随着人类能源消耗的不断增加,煤、石油等资源日渐枯竭,迫切需要可再生资源的开发利用和能量的有效存储。开发高的能量密度、高的功率密度和长的循环寿命的新型储能装置,受到越来越多的科研工作者关注,成为迫切解决的科研难题。超级电容器因具有快的充放电速度、高功率、环境友好和超长的循环寿命等优点,成为新型绿色储能装置的代表,备受关注。但是超级电容器的能量密度较低,存储相同的能量,在质量和体积方面,超级电容器存在一定的不足。如何制备成本低、能量密度高、稳定性好的超级电容器成为科研工作者需要解决和攻关的重要课题。众所周知,超级电容器具有较大的功率密度和良好的循环稳定性的特点,但它的能量密度较低。由能量密度公式(2CV21E(28))可知,增大材料的工作电位窗口和材料的比电容,可增大材料的能量密度。增大材料的工作电位窗口和材料的比电容的核心在于研发新的电极材料。本论文主要以研发新的多孔碳材料,提高材料的比电容为切入点。碳材料由于具有来源广、价格低、比表面积大、电导率好、化学性能稳定等优点,一直以来是研究的热点。多孔碳材料具有良好的双电层电容性能,通常会通过掺杂、与其他材料复合、改性等方法更好的提高材料的比电容。很多文献报道,碳掺杂氮、氧、溴等元素,参与氧化还原反应,使碳材料在双电层电容的基础上,引入赝电容,提高材料的比电容。因此本论文的研究思路,利用水热合成法制备出苯/联苯-Si O2作为碳源,惰性气体条件下,对碳源进行热处理,去Si O2得到多孔碳材料,热处理过程中,碳材料的表面产生含氧功能基,引入了赝电容。具体如下:1、水热合成法制备出苯-Si O2作为碳源,不同热处理温度下,得到不同尺寸分布和比表面积的多孔碳材料。在2 M H2SO4中,经测试得,1100°C热处理得到的材料的电化学性质最好。在电流密度为0.5、1、2、20 A g-1时,比电容分别为195.5、170.6、156、134 F g-1;电流密度为8 A g-1时,经1000次充放电循环,200圈以前,比电容增加10%,然后比电容基本保持不变。2、水热合成法制备出联苯-Si O2作为碳源,不同热处理温度下,得到不同尺寸分布和比表面积的多孔碳材料。经测试得,1000°C热处理得到的材料在2 M H2SO4、6 M KOH、1 M Na2SO4中的电化学性质都是最好。并测了1000°C热处理得到的材料在2 M H2SO4中的循环稳定性,电流密度为10 A g-1时,经10000次充放电循环,比电容在1200圈前先增大25%,后基本保持不变。
【关键词】：水热合成法 多孔碳材料 能量密度 比电容 超级电容器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-31
• 1.1 超级电容器概述11-12
• 1.2 超级电容器的能量存储原理12-17
• 1.2.1 双电层电容能量存储机制12-16
• 1.2.2 赝电容电容器的能量存储机制16-17
• 1.3 超级电容器的性能17-20
• 1.3.1 超级电容器结构组成18-20
• 1.3.1.1 电极材料19
• 1.3.1.2 电解液19-20
• 1.4 超级电容器电极材料的研究现状20-28
• 1.4.1 碳材料20-26
• 1.4.2 金属氧化物及氢氧化物26-28
• 1.5 电解液研究现状28-29
• 1.6 选题依据和研究内容29-31
• 第2章 实验设备及测试方法31-37
• 2.1 实验试剂与仪器31-33
• 2.1.1 实验试剂31-32
• 2.1.2 主要实验仪器设备32-33
• 2.2 电极材料的制备及表征方法33-37
• 2.2.1 材料的形貌和结构表征方法33-34
• 2.2.2 电极材料的电化学测试方法34-37
• 第3章 多孔碳材料制备表征和超级电容器性能37-43
• 3.1 前言37
• 3.2 电极材料及电解液的制备37-38
• 3.2.1 电极材料的制备37-38
• 3.2.2 电解液的制备38
• 3.3 结果和讨论38-42
• 3.3.1 材料的结构和形貌表征38-40
• 3.3.2 碳材料的电化学性能测试40-42
• 3.4 小结42-43
• 第4章 以sp~2碳为主氧掺杂的多孔碳材料的制备表征及在不同电解质中超级电容器性能测试43-57
• 4.1 引言43
• 4.2 电极材料及电解液的制备43-45
• 4.2.1 电极材料的制备43-44
• 4.2.2 电解液的制备44-45
• 4.3 结果和讨论45-55
• 4.3.1 样品的结构与形貌表征45-50
• 4.3.2 样品的超级电容器性质50-55
• 4.4 小结55-57
• 第5章 总结57-59
• 参考文献59-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张熊;孙现众;马衍伟;;高比能超级电容器的研究进展[J];中国科学:化学;2014年07期

2 钟海云,李荐,戴艳阳,李庆奎;新型能源器件——超级电容器研究发展最新动态[J];电源技术;2001年05期

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本文编号：273058