网状氮掺杂碳纳米片的制备及其电化学性能研究

发布时间：2021-07-13 15:09

　　随着便携式电子设备和新能源电动汽车的快速发展,对储能器件提出了更高的要求。在现有的储能器件中,具有高能量密度的锂离子电池和高功率密度的超级电容器是两种重要的存储设备。但锂离子电池功率密度低、循环寿命短,超级电容器能量密度低,这些问题限制了这两种器件的进一步应用。锂离子电容器是一种结合锂离子电池和超级电容器的优点而开发的新型储能器件,兼具高能量密度和高功率密度的优势,在结构上采用电池型的负极材料和电容器型的正极材料。但是锂离子电容器负极上进行的锂离子（Li+）嵌入/脱出速率明显低于正极上进行的六氟磷酸根（PF6-）物理性电荷吸附/脱附速率,正负极上动力学速率不匹配限制了锂离子电容器能量密度和功率密度的进一步提升。本论文制备一种新型的三维氮掺杂多孔网状碳纳米片电极材料,并基于这种电极材料组装了双碳对称结构的锂离子电容器。得益于优异的电极材料和合理的器件结构设计,所组装的双碳对称结构的锂离子电容器展现了优异的电性能。多孔碳材料由于其良好的导电性、较大的比表面积以及环境友好的特点,是良好的电极材料。并且通过对碳材料进行杂原子掺杂改性,可以在碳原子骨架中引入活性位点和缺陷来增加碳电极材料的电性能... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２赝电容电容器的工作原理示意图１Ｗ｜??

?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｅＪｅｃｔｒｏｉｖｔｅ??。疆．ｙ?ＩｔＺＺ?．＊?？??图１．２赝电容电容器的工作原理示意图１Ｗ｜??赝电容电容器又称法拉第超级电容器，其电荷存储主要是通过电极表面或体相中快??速可逆的法拉第氧化还原反应来实现的。常见的这类电极材料主要包括具有导电活性的??过渡金属氧化物（Ｍｎ０２，ＲＵ〇２，Ｎｂ２０５）和导电聚合物（如聚吡咯ＰＰｙ）等。图１．２给出??了?３种不同的赝电容的法拉第反应机理：图１．２ａ描述的是欠电位沉积；图１．２ｂ描述的??是氧化还原反应赝电容；图１．２ｃ描述的是嵌入型的赝电容［２９］。由于赝电容电容器的电??化学反应不仅可以在电极表面进行，同时还可以在电极内部发生，因此相比于双电层电??容器具有更高的比容量和能量密度［３Ｇ］。??ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ－１１??ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ！?／??ＥＤＬＣ?ＬＩＣ?．繼、？?１１１??ｃｙ?产＝嚇：：８邏｜??聰？？？：■?ｆ?ＲＥ?ｔ?＼?ｒ??＼?＾■三：Ｌｉ?ｉｏｎ?ａｎｉｏｎ??廣？丨??ＡＣ?１?ＡＣ?、ＮＨＣ?：??Ｃａｔ丨０ｎ?ａｍ〇ｎ?（Ｎａｎｏ?Ｈｙｂｒｉｄ?ｄＭｒＷ?＾?＾??Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）?ｃＫｉ，?＊?＃?＾?＾?ｏ??Ｌｉ４Ｔｉ５０１２／ＣＮＦ?ＡＣ??ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ??图１．３混合型超级电容器的工作原理示意图１３１１??３??

?１０°?１０ｌ?１０２?１０Ｊ?１０、?ｉｏ５?ｉｏｆｃ??Ｐｏｗｅｒ?ｄｅｎｓｉｔｙ?（Ｗ?ｋｇ?）??图１．４锂离子电池、超级电容器、燃料电池和锂离子电容器等器件的Ｒａｇｏｎｅ图对比１４１??纖??Ｃｏｔ?Ｉｏｎ４?ＡＭＷ??图１．５锂离子电容器的器件结构和工作原理示意图［３５１??１．３．２锂离子电容器满足的基本方程??对于一个对称的超级电容器（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ），两个电极材料组成和质??量相等，并且满足串联电容器的公式，因此，可以得到：??Ｖｄｅｖｉｃｅ?—?２?Ｖｓｉｎｇｉｅ?ｅｉｅｃｔｒ〇ｄｅ


本文编号：3282294