功能化碳材料的制备及其电化学性能研究
发布时间：2021-02-18 01:50
伴随工业化快速发展,能源需求急剧上升而供给严重不足引发了结构性矛盾,同时传统化石燃料等在生产使用过程中也造成大量环境污染,因此人们越来越注重与能源相关的研究。超级电容器的快速冲放电、循环稳定性好、功率密度高和绿色安全等优点,被看作极具潜力的储能装置。尤其是碳材料作为电极材料所展现出的优异电化学性能,但是由于其能量密度相对较低而限制了广泛的应用,因此,本文主要的研究课题是制备功能化碳材料作为储能装置的电极材料,以提高超级电容器的电化学性能的研究。第一部分,在低温环境中进行化学氧化反应,经热还原后制备具有功能化的石墨烯片/碳纳米管（G/CNTs-200）电极材料。G/CNTs-200材料是由一维的碳纳米管作为连续导电网络基体和功能化的石墨烯片而构成三维网络复合结构。这种独特的结构为电极材料提供了较高的比表面积和丰富的含氧官能团。通过电化学测试,G/CNTs-200电极材料在0.5 A/g的电流密度下,其比容量为202 F/g,该容量比文献中报道的纯的碳纳米管的比电容（40 F/g）高出5倍以上。此外,以G/CNTs-200材料为正负极材料组装对称型超级电容器,在1 mol/LNa2SO4电...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１各种储能器件的拉贡图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｒａｇｏｎｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｄｅｖｉｃｅｓ??
?东北林业大学硕士学位论文???１０００１￣：￣—???］???燃料电池＾＇，，??１００?＿：?二次电池一鎊海子龟相???ｂｏ??｜?１０????篇?错酸蓄电池?动力里电容＊??１?％双电每电ｉｉ??０１???０．０１????０．０１?０．１?１?１０?１００??功率密度（ｋＷ／ｋｇ）??图１－１各种储能器件的拉贡图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｒａｇｏｎｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｄｅｖｉｃｅｓ??１．２．２超级电容器的储能机理??超级电容器（Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ?），又称作电化学电容器（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ??ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ），是一种能量密度大于传统介电电容器，但小于可逆电池的新型的储能装置??具有出色的功率密度和稳定的循环寿命。主要依靠在电极／溶液界面发生静电吸附，??形成双电层电容存储电量；或是电极材料的活性物质在电极／溶液界面处欠电位沉积，??发生高度可逆的氧化还原反应产生赝电容来贮存电量，其电容量能够达到千法拉至万法??拉级。??（１）双电层电容器??双电层电容器的发展经历了?一系列的阶段［６］，以最早的亥姆霍兹理论模型??（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ?ｍｏｄｅｌ）为起点，Ｇｏｕｙ、Ｃｈａｐｍａｎ?和?Ｓｔｅｍ、Ｇｅａｒｙ?等人改进了此模型，最终??提出了紧密一扩散层理论的储能机理如图１－２所示：??隔膜??集电极?ｊ??勒－??Ｏ?＊?參??活性电极材料正电荷负电荷??图１－２双电层电容器示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ
？?１绪论????亥姆霍兹模型假定由一个排列紧凑的反离子层组成双电层，并且电极电荷的表面层??正好被反离子层所抵消，这种结构类似于常规的平板电容器。双电层的计算公式如下??［７］．??＿?ｅＳ??Ｃ＝￣Ｉ?（Ｍ）??其中：Ｃ表示为电容量，单位为Ｆ；??ｅ表７Ｋ为介电常数，单位为Ｃ２／Ｎ／ｍ２相当于Ｆ／ｍ；??表不为电极的表面积，单位为ｍ２；??表示为致密层的厚度，单位为ｍ??（２）氧化还原赝电容，也称法拉第准电容，如图１－３所示。???Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?｜?Ｓｅｐａｒａｔｏｒ??＿??＾?Ｍｅｔａｌ?ｏｘｉｄｅ?ｏｒ?ｒｅｄｏｘ?ａｃｔｉｖｅ?ｎｘ＞ｔｅａｊｌｅ??图１－３赝电容电化学电容器ｗ??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａ?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ??赝电容电化学电容器，又名为法拉第电容器，与锂电池相似的是其电极材料会在电??解质界面上发生快速和可逆的氧化还原反应。赝电容电化学电容器储能机理不同于双电??层电容器，其产生的电容并不来源于静电，而是发生在电化学反应时电荷迁移的过程??中，并且在一定的程度上会受到活性材料的数量和有效地比表面积而受到限制［８］。赝电??容材料导电性差，导致超级电容器具有较差循环稳定性和低功率密度。但赝电容电容器??却高于双电层电容器，其电容是普通双电层电容器的１０￣１００倍。??超级电容器的能量密度（五）和功率密度（尸）的计算见式（１－２）和（１－３）：??Ｅ＝－ＣＶ２??＾?２?（１－２）??－３－??
【参考文献】：
博士论文
[1]三维纳米炭材料的表面修饰和微观结构调控及其电化学性能研究[D]. 江丽丽.哈尔滨工程大学 2016
[2]基于纳米碳的三维电极材料构筑及其在超级电容器中的应用[D]. 吴小亮.哈尔滨工程大学 2016
硕士论文
[1]多孔碳—石墨烯复合材料的制备及电化学性能研究[D]. 李青娅.天津大学 2018
本文编号：3038860
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１各种储能器件的拉贡图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｒａｇｏｎｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｄｅｖｉｃｅｓ??
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？?１绪论????亥姆霍兹模型假定由一个排列紧凑的反离子层组成双电层，并且电极电荷的表面层??正好被反离子层所抵消，这种结构类似于常规的平板电容器。双电层的计算公式如下??［７］．??＿?ｅＳ??Ｃ＝￣Ｉ?（Ｍ）??其中：Ｃ表示为电容量，单位为Ｆ；??ｅ表７Ｋ为介电常数，单位为Ｃ２／Ｎ／ｍ２相当于Ｆ／ｍ；??表不为电极的表面积，单位为ｍ２；??表示为致密层的厚度，单位为ｍ??（２）氧化还原赝电容，也称法拉第准电容，如图１－３所示。???Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?｜?Ｓｅｐａｒａｔｏｒ??＿??＾?Ｍｅｔａｌ?ｏｘｉｄｅ?ｏｒ?ｒｅｄｏｘ?ａｃｔｉｖｅ?ｎｘ＞ｔｅａｊｌｅ??图１－３赝电容电化学电容器ｗ??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａ?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ??赝电容电化学电容器，又名为法拉第电容器，与锂电池相似的是其电极材料会在电??解质界面上发生快速和可逆的氧化还原反应。赝电容电化学电容器储能机理不同于双电??层电容器，其产生的电容并不来源于静电，而是发生在电化学反应时电荷迁移的过程??中，并且在一定的程度上会受到活性材料的数量和有效地比表面积而受到限制［８］。赝电??容材料导电性差，导致超级电容器具有较差循环稳定性和低功率密度。但赝电容电容器??却高于双电层电容器，其电容是普通双电层电容器的１０￣１００倍。??超级电容器的能量密度（五）和功率密度（尸）的计算见式（１－２）和（１－３）：??Ｅ＝－ＣＶ２??＾?２?（１－２）??－３－??
【参考文献】：
博士论文
[1]三维纳米炭材料的表面修饰和微观结构调控及其电化学性能研究[D]. 江丽丽.哈尔滨工程大学 2016
[2]基于纳米碳的三维电极材料构筑及其在超级电容器中的应用[D]. 吴小亮.哈尔滨工程大学 2016
硕士论文
[1]多孔碳—石墨烯复合材料的制备及电化学性能研究[D]. 李青娅.天津大学 2018
本文编号：3038860
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