木材纳米纤维碳气凝胶电极材料的制备与性能研究
发布时间：2021-09-22 04:08
在可持续发展观已成为全球性共识的环境背景下,合理开发利用生物质材料逐渐受到关注。纤维素,广泛存在于生物质材料细胞壁中,是自然界中储存量最多的天然聚合物。利用纤维素进行纳米化处理后制备出纳米纤维素（cellulose nanofiber,CNF）,然后构建成具有高导电性、高比表面积和较宽的孔径分布范围的三维网络结构碳气凝胶材料,对于超级电容器电极材料来说是一种很好的选择。但是由于碳气凝胶材料电容性较低,应用在超级电容器时能量密度较低,阻碍了碳气凝胶材料在超级电容器上的发展,因此需要对碳材料进行改性处理以提高其电容性能。其中,氮元素的掺杂不仅能够改善碳材料的表面性质,增强碳材料的润湿性,还能提高碳材料的导电性,以此来提高碳气凝胶材料的电化学性能。因此,本实验利用纤维素为原材料,尿素为氮源,通过对纤维素碳材料进行氮掺杂处理来获得一种低成本、高比电容的超级电容器电极材料。实验过程中表明:（1）以杨木纤维素粉为原材料,通过粉碎研磨处理、高压均质处理等方法来得到不同尺寸的纳米纤维素,纳米纤维素在不同尺寸下对自组装性能有着重要的影响。同时,不同处理下得到纳米纤维素经过高温碳化后制备的纳米纤维素碳气凝...
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氦元素掺杂在碳材料骨架上的方式
容器（ＥＤＬＣ）?１＆４｜１和赝电＇容器。??１．４．１双电层超级电容器??双电层超级电耗器（图１．３）的储能机制是－个｜卩法拉第电流过程，利用电解??液界制与电极材料形成的双电层来储存能。双电层原理是由物理学家Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ??ｆ?１８８７年发现的，Ｋ由两个相对应的电荷层构成，像传统电容器的两个极板一样，??当施加外电压给超级电容器的双电极时，汜电荷储存在正极板丨：，负电荷储存在??负极板上，在电场作用下，电极材料与电解液之间会形成相反的电荷层。充电过??程屮，电解液汇总带有相反电荷的离子会移动向电极两段并在电极农面紧密排列；??在电容器放电过程中，正负电荷从两个电极重Ｍ至电解液中，电子从电极负极移??至正极。当超级电容器放电时，电容器正、负极板ｈ负载的电荷在外电路泄放，??而电极板Ｕ电解液界面丨〔的电荷Ｍ逐渐减少。由此能够说明电极村料的比表面枳??和双电层电奔器的电容大小有着很大关系，因此可通过增加电极材料的比表面积??来提高电容器矜Ｍ
?１００?２００?３００?４００?５００?６００??剪切速度／Ｓ＇１??图２．２溶液Ｇ－１０－１０、Ｇ－３－２０、Ｈ－５和Ｈ－２０的黏度－剪切速率关系图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｔｈｅ?ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ－ｓｈｅａｒ?ｒａｔｅ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆＧ－１０－１０．?Ｇ－３－２０．?Ｈ－５?ａｎｄ?Ｈ－２０?ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ??图２．３ａ－ｄ是纳米纤维素气凝胶ＡＧ－１０－１０、ＡＧ－３－２０、ＡＨ－５和ＡＨ－２０的光学照??片图，从图中可以看出来气凝胶的成型情况是不一样的，经过高压均质处理２０次??的ＡＨ－２０气凝胶成型状况最好。并且从对应的电镜图中可以看到，只经过研磨处??理的纤维素气凝胶ＡＧ－１０－１０和ＡＧ－３－２０内部几乎都是片层结构，且尺寸都较大。??但是经过５次高压均质处理后的气凝胶ＡＨ－５内部有纤维丝状结构出现，当经过??２０次高压均质处理后的气凝胶ＡＨ－２０内部呈现大量的纤维丝状结构，从而构成了??三维网络结构，这些纤维的直径分布在１０－５００ｎｍ之间。??气凝胶的密度可以通过公式ｐ＝ｍ／ｖ计算，其中，ｐ、ｍ和ｖ分别代表样品的密??度、质量和体积。经过计算
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米纤维素储能研究进展[J]. 卿彦,易佳楠,吴义强,吴清林,张振,李蕾. 林业科学. 2018(03)
[2]纳米纤维素基吸附材料[J]. 茹静,耿璧垚,童聪聪,王海英,吴胜春,刘宏治. 化学进展. 2017(10)
[3]纳米纤维素技术及其在木质材料中的应用[J]. 卢芸,孔雪琳. 中国人造板. 2017(09)
[4]氮掺杂碳气凝胶电极材料的制备及性能[J]. 刘西川,袁磊,冯灏,付志兵,王朝阳,孙卫国,唐永建. 强激光与粒子束. 2012(12)
[5]电吸附除盐技术之电极材料研究进展[J]. 王鑫,包景岭,马建立. 四川环境. 2010(02)
[6]掺镍碳气凝胶的特性研究[J]. 宓轶捷,沈军,欧阳玲,韩伟娜,周斌,吴广明,倪星元,牛锡贤,汪国庆. 材料导报. 2008(S1)
[7]碳气凝胶的制备及其电除盐性能的研究[J]. 薛辉,宓轶捷,罗爱云,沈军,吴广明,周斌. 材料导报. 2006(09)
[8]炭气凝胶负极材料的制备及研究[J]. 解德滨,沈军,吴广明,周斌,韩伟娜. 电池. 2006(04)
[9]活性炭-烧结复合镍钴超级电容器[J]. 程杰,李晓忠,曹高萍,沈涛,杨裕生. 电池. 2005(03)
[10]超级电容器氧化物电极材料研究进展[J]. 林志东,刘黎明,张万荣. 武汉化工学院学报. 2005(02)
硕士论文
[1]盐溶液活化木质纤维素碳材料及其电容性能研究[D]. 易佳楠.中南林业科技大学 2017
本文编号：3403109
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氦元素掺杂在碳材料骨架上的方式
容器（ＥＤＬＣ）?１＆４｜１和赝电＇容器。??１．４．１双电层超级电容器??双电层超级电耗器（图１．３）的储能机制是－个｜卩法拉第电流过程，利用电解??液界制与电极材料形成的双电层来储存能。双电层原理是由物理学家Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ??ｆ?１８８７年发现的，Ｋ由两个相对应的电荷层构成，像传统电容器的两个极板一样，??当施加外电压给超级电容器的双电极时，汜电荷储存在正极板丨：，负电荷储存在??负极板上，在电场作用下，电极材料与电解液之间会形成相反的电荷层。充电过??程屮，电解液汇总带有相反电荷的离子会移动向电极两段并在电极农面紧密排列；??在电容器放电过程中，正负电荷从两个电极重Ｍ至电解液中，电子从电极负极移??至正极。当超级电容器放电时，电容器正、负极板ｈ负载的电荷在外电路泄放，??而电极板Ｕ电解液界面丨〔的电荷Ｍ逐渐减少。由此能够说明电极村料的比表面枳??和双电层电奔器的电容大小有着很大关系，因此可通过增加电极材料的比表面积??来提高电容器矜Ｍ
?１００?２００?３００?４００?５００?６００??剪切速度／Ｓ＇１??图２．２溶液Ｇ－１０－１０、Ｇ－３－２０、Ｈ－５和Ｈ－２０的黏度－剪切速率关系图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｔｈｅ?ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ－ｓｈｅａｒ?ｒａｔｅ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆＧ－１０－１０．?Ｇ－３－２０．?Ｈ－５?ａｎｄ?Ｈ－２０?ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ??图２．３ａ－ｄ是纳米纤维素气凝胶ＡＧ－１０－１０、ＡＧ－３－２０、ＡＨ－５和ＡＨ－２０的光学照??片图，从图中可以看出来气凝胶的成型情况是不一样的，经过高压均质处理２０次??的ＡＨ－２０气凝胶成型状况最好。并且从对应的电镜图中可以看到，只经过研磨处??理的纤维素气凝胶ＡＧ－１０－１０和ＡＧ－３－２０内部几乎都是片层结构，且尺寸都较大。??但是经过５次高压均质处理后的气凝胶ＡＨ－５内部有纤维丝状结构出现，当经过??２０次高压均质处理后的气凝胶ＡＨ－２０内部呈现大量的纤维丝状结构，从而构成了??三维网络结构，这些纤维的直径分布在１０－５００ｎｍ之间。??气凝胶的密度可以通过公式ｐ＝ｍ／ｖ计算，其中，ｐ、ｍ和ｖ分别代表样品的密??度、质量和体积。经过计算
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米纤维素储能研究进展[J]. 卿彦,易佳楠,吴义强,吴清林,张振,李蕾. 林业科学. 2018(03)
[2]纳米纤维素基吸附材料[J]. 茹静,耿璧垚,童聪聪,王海英,吴胜春,刘宏治. 化学进展. 2017(10)
[3]纳米纤维素技术及其在木质材料中的应用[J]. 卢芸,孔雪琳. 中国人造板. 2017(09)
[4]氮掺杂碳气凝胶电极材料的制备及性能[J]. 刘西川,袁磊,冯灏,付志兵,王朝阳,孙卫国,唐永建. 强激光与粒子束. 2012(12)
[5]电吸附除盐技术之电极材料研究进展[J]. 王鑫,包景岭,马建立. 四川环境. 2010(02)
[6]掺镍碳气凝胶的特性研究[J]. 宓轶捷,沈军,欧阳玲,韩伟娜,周斌,吴广明,倪星元,牛锡贤,汪国庆. 材料导报. 2008(S1)
[7]碳气凝胶的制备及其电除盐性能的研究[J]. 薛辉,宓轶捷,罗爱云,沈军,吴广明,周斌. 材料导报. 2006(09)
[8]炭气凝胶负极材料的制备及研究[J]. 解德滨,沈军,吴广明,周斌,韩伟娜. 电池. 2006(04)
[9]活性炭-烧结复合镍钴超级电容器[J]. 程杰,李晓忠,曹高萍,沈涛,杨裕生. 电池. 2005(03)
[10]超级电容器氧化物电极材料研究进展[J]. 林志东,刘黎明,张万荣. 武汉化工学院学报. 2005(02)
硕士论文
[1]盐溶液活化木质纤维素碳材料及其电容性能研究[D]. 易佳楠.中南林业科技大学 2017
本文编号：3403109
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