生物质基多孔碳材料的制备与电化学性能研究

发布时间：2022-12-17 21:30

　　电极材料和电解液是决定超级电容器电化学性能的重要因素。碳材料因其高比表面积、可控的形貌、良好的导电性、低成本以及环境友好性等优点是双电层超级电容器理想的电极材料。各类生物质因其资源丰富、种类多样、可再生、廉价和环境友好等优点被广泛应用于制备碳基储能材料。本论文以廉价的生物质材料为原料制备高性能的多孔碳电极材料,研究其形貌、孔分布以及表面元素与其电化学性能之间的构效关系,并将其应用于高性能超级电容器器件。同时,本论文通过自活化策略简化多孔碳材料制备工艺,以进一步降低生物质多孔碳电极材料的制备成本;通过石墨化提高生物质基多孔碳的倍率性能,以满足超级电容器超快速充放电的需要;通过开发新型碱性水系电解液,扩大双电层超级电容器的工作电压,以提高双电层超级电容器的能量密度。（1）以芹菜为原料,通过自活化策略一步简易制备了氮掺杂微孔碳材料。所制备氮掺杂微孔碳材料继承了芹菜生物组织中发达的水传输系统,显示出具有开放微孔的分级多孔结构。其比表面积最高达1186 m~2 g^-1,平均微孔孔径达0.94 nm。氮杂原子掺杂增强了所制备样品的润湿能力、电导率和表面活性,改善了微孔中电解质... 

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超级电容器简介
        1.2.1 超级电容器的分类及储能机理
    1.3 超级电容器电极材料
        1.3.1 碳材料
        1.3.2 金属氧化物
        1.3.3 导电聚合物
    1.4 提高多孔碳电化学性能的方法
    1.5 生物质碳材料研究进展
    1.6 本文的选题依据及主要研究内容
        1.6.1 选题依据
        1.6.2 研究内容
第二章 实验药品、仪器设备及表征方法
    2.1 实验药品及仪器设备
        2.1.1 实验药品
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料的表征方法
    2.3 电化学性能测试
第三章 自活化法一步制备生物质基氮掺杂微孔碳及其电容性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 氮掺杂微孔碳材料的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 样品的形貌、比表面积及孔径分布分析
        3.3.2 样品的拉曼光谱分析及XRD分析
        3.3.3 样品的电感耦合等离子体串联质谱法分析(ICP-MS/MS)及XPS分析
        3.3.4 样品的电化学性能测试
    3.4 本章小结
第四章 具有超高倍率性能的梧桐落叶衍生半石墨化生物质多孔碳的制备及其电容性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 梧桐落叶衍生多孔碳的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 梧桐落叶衍生的热解碳的石墨化机理
        4.3.2 样品的形貌分析
        4.3.3 样品的比表面积及孔径分布分析
        4.3.4 样品的XRD、拉曼和电导率分析
        4.3.5 样品的表面元素的分析
        4.3.6 样品的电化学性能测试
    4.4 本章小结
第五章 菠萝皮衍生半石墨化多孔碳的制备及其在新型碱性混合电解液中电容行为研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 菠萝皮衍生多孔碳的制备
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 样品的形貌分析
        5.3.2 样品的比表面积及孔径分布分析
        5.3.3 样品的XRD、拉曼和电导率分析
        5.3.4 样品的表面元素的分析
        5.3.5 样品的电化学性能测试
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]超级电容器电极材料研究进展[J]. 李艳梅,郝国栋,崔平,伊廷锋.  化学工业与工程. 2020(01)
[2]三维石墨烯基复合材料作为超级电容器电极的研究进展[J]. 李萌瑞,熊传银,李冰冰.  陕西科技大学学报. 2019(05)
[3]碳纳米管/导电高分子功能复合材料的合成与应用[J]. 付海,李航,尹晓刚,班大明,龚维.  功能材料. 2019(08)
[4]Dominant role of wettability in improving the specific capacitance[J]. Tongtong Liu,Kai Wang,Yongxiu Chen,Shuangliang Zhao,Yongsheng Han.  Green Energy ＆ Environment. 2019(02)
[5]Nitrogen-doped hierarchical porous carbon from polyaniline/silica self-aggregates for supercapacitor[J]. Peipei Li,Dazhi Zhang,Yunhui Xu,Caihua Ni,Gang Shi,Xinxin Sang.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019(03)
[6]超级电容器活性炭材料改性的研究进展[J]. 高明,王皓正,孙怡,秦占斌,高筠.  化学工程师. 2016(09)
[7]Preparation of spiro-type quaternary ammonium salt via economical and efficient synthetic route as electrolyte for electric double-layer capacitor[J]. 周宏明,孙文佼,李荐.  Journal of Central South University. 2015(07)
[8]超级电容器的现状及发展趋势[J]. 余丽丽,朱俊杰,赵景泰.  自然杂志. 2015(03)
[9]国内外超级电容器的研究发展现状[J]. 周晓航,方鲲,李玫.  新材料产业. 2015(03)
[10]金属氧化物/碳超级电容器复合材料研究进展[J]. 张宗杰,解勤兴,张宇峰.  绵阳师范学院学报. 2014(02)



本文编号：3720673