氮掺杂介孔中空碳纳米球及其复合物的制备与电化学性能的探究

发布时间：2020-07-05 13:31

【摘要】：本论文成功制备了氮掺杂介孔中空碳纳米球(N-MHCNS)及其与NiCo_2O_4的复合材料作为超级电容器的电极材料。利用X射线衍射、显微共聚焦拉曼光谱、X射线光电子能谱、BET比表面积测试、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜对制备的电极材料进行物质表征;利用电化学工作站中进行循环伏安测试、恒电流充放电测试、交流阻抗测试对电极材料进行电化学表征。具体实验分为两个部分。1.利用聚甲基丙烯酸酯类(PMMA-PBMA-PMAA)作为软模板,通过乳胶聚合反应,得到中空聚吡咯微球,再将其置于氮气氛围进行高温碳化,得到氮掺杂介孔中空碳纳米球,并探讨了不同碳化温度下形成的氮掺杂介孔中空碳纳米球电化学性能的差异。利用物质表征来探究材料的形貌、内部结构、元素组成及含量等。电化学表征发现当碳化温度为700℃时,得到的氮掺杂介孔中空碳纳米球(N-MHCNS700)电化学性能最佳。电化学性能表现为:当电流密度为1 A g~(-1)时,N-MHCNS700的比电容为275.7 F g~(-1);当电流密度为20 A g~(-1)时,其比电容依旧能达到电流密度为1 A g~(-1)时的54.4%;在电流密度为10 A g~(-1)条件下经过5000次循环充放电测试,N-MHCNS700的比电容近乎没有衰退;当N-MHCNS700的功率密度为500.8 W kg~(-1),能量密度为29.9 Wh kg~(-1)。因此,N-MHCNS700作为超级电容器的电极材料,展现了良好的电化学性能。2.利用水热反应,制备了N-MHCNS700@Ni-Co-MOF材料,煅烧后形成了N-MHCNS700@NiCo_2O_4尖晶石复合材料。利用物质表征对材料形貌和结构进行分析。电化学表征性能如下:当电流密度为1 A g~(-1)时,复合材料比电容为996.1 F g~(-1);当电流密度为10 A g~(-1)时,复合材料比电容依旧能达到电流密度为1 A g~(-1)时的70.5%;当复合材料功率密度为624.9 W kg~(-1)时,能量密度为42.8Wh kg~(-1)。相较于N-MHCNS700,复合材料在比电容和能量密度方面得到提升。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB33;TM53
【图文】：

第一章 绪论技的突破式发展，人类对于能源的需求愈发强烈。在煤炭化石能源不断开采的情况下，它们的储备已经面临枯竭，了日益严重的环境问题。因此，为了满足人类对能源的迫的不断创新，为了促进社会的不断发展，高效的能量储存的需求。特别是近年来，国家对环保问题越来越重视并且比重。作为一种环境友好型的高效能量储存与转换装置，人员青睐，一大批有关超级电容器的论文如雨后春笋般涌也被广泛应用于各个领域，如：电子产品、新能源汽车、发容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型能源储存设，它具备更高的能量密度；相较于电池，它具备更高的具备充放电快、循环稳定性好、使用寿命长、环境污染小等优异的性能，使得其表现出广泛的研究价值和应用前景

是利用电极表面/电解液之间形成的双电层来储存器类似于平行板电容器，正负电极吸附电解液中相反的电负极的表面，从而形成与电极表面电荷数量相等但是电荷，这两个层面的电荷不能穿过界面，所以能够形成双电层间施加电场时，电解液中的正负离子会在电场的强制作用正负电极的表面，形成双电层，从而产生更高的电场，与达到电场强度相等时，相互抵消，在此过程中储存能量。，电极间电势差降低，电极表面的正负离子回到电解液中生电流，释放能量。这就是双电层电容器的充放电机理。个充放电过程中不会涉及到氧化还原反应，因此为了能够面积较大的材料更适合作为电极材料。碳纳米管、碳纳米有高比表面积的碳材料，一直备受欢迎。同时，正因为碳中的正负离子吸附在电极表面储存能量，使得其展现出较

【参考文献】

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1 许萍;王峰;;La_2O_3对形成镁铝尖晶石转变温度的影响[J];中国陶瓷;2015年10期

本文编号：2742670