N/P/Si共掺杂碳纳米纤维超级电容器电极材料的研究

发布时间：2021-01-06 02:07

　　电极材料作为电容器发展的关键所在,其性能决定了整体器件的性能,目前商品化超级电容器主要集中在C/C电极的开发上,针对碳材料主要是表面静电吸附储能,它具有功率密度高,循环稳定性好,可靠性高,倍率性能好。缺点能量密度比较低。导致其实际应用受限。我的工作是基于磷掺杂聚丙烯腈碳无孔碳纳米纤维的基础上,分别通过造孔提高材料的比表面积增加双电层电容。以及通过硅掺杂提高材料表面的法拉第氧化还原反应来提高材料的赝电容,从而提高材料的比容量。为了避免造孔对于元素掺杂碳材料的影响,集中制备了无孔或者说孔含量低的碳纳米纤维来研究每种元素掺杂对碳材料的电容特性影响机理,并且探究了硅磷两种元素同时掺杂的协同效应。（1）采用静电纺丝的方法制备了含有不同TEOS含量的聚丙烯腈纳米纤维,碳化后制得N/P/Si共掺杂碳纳米纤维。通过SEM, XPS液氮等温吸附等表征方法。分析了N/P/Si共掺杂碳纳米纤维的形貌、比表面积、元素分布以及元素价态并比较他们电化学性能,筛选出最佳性能的电极材料。研究发现,TEOS掺杂量在5%一下,对N/P/Si共掺杂碳纳米纤维的比表面积影响很小,属于孔含量很低的无孔碳纳米纤维。磷掺杂可以和硅... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图３－２不同ＴＥＯＳ含量的氮／碟共疹杂聚丙猜睛碳纳米纤维的透射电子湿微鏡照片：??（ａ）Ｎ／Ｐ－ＣＮＦｓ，化）Ｎ／Ｐ／Ｓｉ－ＣＮＦｓ－５，?（ｃ）Ｎ／Ｐ／Ｓｉ－ＣＮＦｓ－１０，（ｄ）Ｎ／Ｐ／Ｓｉ－ＣＮＦｓ－１５??Ｆｉｇ?３－２?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?Ｎ／Ｐ／Ｓｉ?ｗｉｔｈ?ｄｉ报ｒｅｎｔ?ｃｏｎｔｅｎｔｓ?ｏｆ?Ｔ巨ＯＳ?ｉｎ?ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ?：?（ａ）Ｎ／Ｐ－ＣＮＦｓ，??

巧ｇｕｒｅ?３－１２?Ｎ／Ｐ／Ｓｉ－ＣＮＦｓ?ｓｅｒｉｅｓ?（ａ）?ｃｙｃｌｉｃ?ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍｓ?ａｔ?２０ｍＶ／ｓ．（ｂ）?ｃｙｃｌｅ?ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ??Ｎ／Ｐ／Ｓｉ－ＣＮＦｓ－５?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｃａｎ?ｒａｔｅｓ?（２０－２００ｍＶ／ｓ），?ａｎｄ?（ｃ）?ｃｙｃｌｉｃ?ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ?ｃｕｒｖｅ?ａｔ?ｌＯＯｍＶ／ｓ??如图３－１２ａ是材料在添加不同含量ＴＥＯＳ之后在扫描速率为２０ｍＶ／ｓ下的循环伏??安曲线图，可Ｌ：ＪＬ看出随着化胎添加量的提高，材料的循环伏安曲线更加接近矩形了，??并且在放电电压在－０．?１－０．?７Ｖ区间材料的曲线明显降低，在充电区间的０．?３－０．?８Ｖ区??间曲线明显上移。但是随着ＴＥ０Ｓ含量的提高．矩形并没有变得更大，这说明过量的??ＴＥ０Ｓ并不能导致材料容量的提高。如图３－１２ｂ，将最佳惨杂比例Ｎ／Ｐ／Ｓｉ－ＣＮＦｓ－５纳米??纤维从１０－４００ｍＶ／ｓ的不同扫描速率下扫描几个循环，发现随着扫描速率的増加，材??料的循环伏安曲线逐渐变形，接近萎形。??如图接着将不同的材料在不２００ｍＶ下的扫描曲线比较，如图３－１２Ｃ，所示，尽管??在高的扫描速率下材料的曲线己经远远不是矩形

【参考文献】：
期刊论文
[1]超级电容器电极用N-掺杂多孔碳材料的研究进展[J]. 冯晨辰,吴爱民,黄昊.  材料导报. 2016(01)
[2]甘蔗渣基纳米孔碳在超级电容器中的应用(英文)[J]. 司维江,吴小中,邢伟,周晋,禚淑萍.  无机材料学报. 2011(01)

博士论文
[1]金属氧化物（氢氧化物）纳米结构材料的制备及其在光电探测器和超级电容器中的应用[D]. 陈浩.复旦大学 2013



本文编号：2959720