基于新型碳材料超级电容器的制备及储能性质的研究

发布时间：2018-01-14 10:09

本文关键词：基于新型碳材料超级电容器的制备及储能性质的研究　出处：《浙江师范大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：超级电容器(supercapacitor)是一种介于蓄电池和传统介电质的一种新型储能元件,它具有很高的放电功率、法拉级别的超大电容量、较高的能量、较宽的工作温度范围、极长的使用寿命、免维护、经济环保等优点。碳材料是超级电容器最常用的电极材料。当中,碳纳米管(CNTs)由于它独特的表面介孔性质、良好的导电性和化学稳定性等特点,作为超级电容器的能源储存材料。然而,纯的CNTs具有低的双电层电容性,无法广泛作为超级电容器的商业性用途。因此,对于CNTs的电容局限性和结构不稳定性,在CNTs进行表面修饰是一种可行性方法。一些导电聚合物和金属氧化物表现出了极大的电容性能,但是由于这些单独的赝电容成分结构不稳定,不能作为先进电容器的理想材料。在这些赝电容器中,聚苯胺(PANI)聚合物由于它的低成本、氧化还原可逆性、易合成和较高的电容性等特点,可应用于超级电容器中,但是它电子导电率低和循环稳定性差,不能广泛的应用在超级电容中。因此,可以用PANI结合CNTs作为新型的电容储存材料应用在超级电容器中。石墨烯(rGOs)由于极高的理论面积(2630 m2·g-1)和优越的理论电容(550 F·g-1)。被认为是超级电容器的理想电极材料。近来,过渡金属铁氰化物(MHCF,金属如Fe、Co、Ni等),普鲁士蓝配位化合物,由于它的低成本、氧化还原可逆性、易合成和较高的电容性等特点,可应用于超级电容器中。本论文主要通过以CNTs和rGOs作为碳基底,通过原位聚合法和共沉积法制备法,负载不同聚合物和晶胞粒子,使其电极材料具有优越的储容性能和循环稳定性。主要工作包括以下方面：(1)采用原位聚合法合成了聚苯胺(PANI)/聚四乙烯基吡啶(P4VP)/多壁碳纳米管(GMWCNT)碳材料。大量的PANI聚合物均匀地负载在P4VP修饰的MWCNTs上,相比之下,表面没被修饰过的GMWCNTs由于在水中分散不匀会发生聚合成束。PANI/P4VP-g-GMWCNT电极材料在放电密度为1 A·g-1,0.5 MH2SO4溶液中,最大比电容为1065 F·g-1,在充放电1000圈后,仍有92.2%的电容保留,而在相同条件下,PANI/GMWCNT电极材料的最大比电容为1755 F-g-1,在充放电1000圈后,电容衰减了20.6%。因此,PANI/P4VP-g-GMWCNT电极材料在电容、大电流充放电和循环稳定上要强于]'ANI/GMWCNTs电极材料。(2)NiHCF通过共沉积方法可以与聚4-乙烯基吡啶(P4VP)结合,并且能够嫁接到多壁碳纳米管(MWCNTs)上,形成了独特的同轴NiHCF/MWCNT电缆核壳结构。根据NiHCF的不同纳米负载量,测定它们的电化学行为和储容性能。在放电密度为0.05 A-g-1下, NiHCF/P4VP-g-MWCNT电极材料的储容电容可达1035F·g-1。而在放电密度为25.5 A·g-下,该电容衰减了10%,在充放电10000圈后,放电密度为2A·g-1,仅7.3%的电容损失。而且在功率密度为10W·kg-1时,其能量密度高达56.2 Wh·kg-1。(3)通过共同沉淀方法制备了还原氧化石墨烯负载的铁氰化镍纳米方块,以聚二烯基丙二甲基氯化铵(DDA)作为连接剂。PDDA/rGO通过静电沉积可负载大量的NiHCF晶胞粒子,通过改变NiHCF的负载量(32.6%到68.2%),NiHCF纳米粒径大小从10 nm到85 nm。在最适宜的条件下,NiHCF/PDDA/rGO电极材料的NiHCF负载量为51.4%时,其粒径大小为38 nm。NiHCF/PDDA/rGO电极材料在在放电密度为0.2 A·g-1,0.5 M Na2SO4溶液中,其最大比电容为1320F·g-1,在充放电10000圈后,电容维持起初的87.2%,而且在功率密度为80 W·kg-1时,其能量密度高达58.7 Wh·kg-1。由于NiHCF/PDDA/rGO电极材料的优越的储能性能,高的比电容,大电容,循环稳定性好等的特点,可作为超级电容器的良好材料。
[Abstract]:Supercapacitor ( CNTs ) is a new energy storage element between storage battery and traditional dielectric . It has the advantages of high discharge power , large capacitance at Farad level , high energy , wide operating temperature range , long service life , maintenance free , environmental protection , etc . The results show that the maximum specific capacitance is 1035F 路 g - 1 . In the same condition , the maximum specific capacitance is 1035F 路 g - 1 , and the maximum specific capacitance is 1755 F 路 g - 1 . PDDA / PDDA / rGO electrode material has a maximum specific capacitance of 1320F 路 g - 1 , and its energy density is up to 58.7 Wh 路 kg - 1 when the power density is 80 W 路 kg - 1 . It can be used as a good material for super capacitor due to its superior energy storage performance , high specific capacitance , large capacitance and good cycle stability .

【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53;O646.54

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