分级结构多孔碳及其衍生物的超级电容性能研究

发布时间：2017-06-06 13:04

  本文关键词：分级结构多孔碳及其衍生物的超级电容性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超级电容器作为一种新型高效的能量储存和转化装置,拥有能量密度/功率密度高,充放电速度快,循环寿命长等诸多优点,被广泛地应用于电动汽车,内存备份系统,小型电子产品和能源管理系统等众多领域。根据储能机理的不同,超级电容器可分成两大类:双电层电容器和赝电容器。双电层电容器通过在电极和电解液相接触的界面上形成双电层来储存能量,他具有良好的导电性和出色的循环性能。赝电容器借助法拉第氧化还原反应储存能量,具有异常高的比电容值,然而循环稳定性相对较差。常见的双电层电容器电极材料主要由各类多孔碳材料组成,其方便易得,质轻,化学稳定性好和环保等多种优点使之得到了广泛的应用。商业化的活性炭具有大的比表面积,但由于孔径以微孔为主,导致电解液离子无法顺利地通过,大量内表面上的活性位点得不到利用,严重限制了其电容性能。介孔具有适宜的孔径和相对较高的比表面积。大孔结构有利于离子的扩散,然而低的比表面积又成为其一大软肋。因此设计合成具有高的比表面积,优越多孔性的分级结构多孔碳电极材料正成为研究的热点。本论文以分级结构多孔碳材料为研究对象,采用不同的方法制备了一系列具有高比表面积,均一孔径分布和高的孔容的分级结构多孔碳及其衍生物材料。同时,运用SEM、TEM、N2吸附-脱附等手段对分级结构多孔碳材料的性质结构进行了表征,并借助电化学工作站研究了其超级电容性能。具体的研究内容如下:1、以葡萄糖为碳源通过水热法制得葡萄糖碳球,再借助ZnCl_2活化处理得到拥有发达孔结构的多孔碳球。以上述多孔碳球为模板,填充进Ni(NO3)2,经高温煅烧除模板后得到拥有高比表面积和优越孔隙的多孔NiO电极材料,并研究了其超级电容性能。2、以酚醛树脂球为碳源,ZnCl_2为活化剂经过一步高温碳化/活化处理,制备得到具有高比表面积、均一介孔孔径和较大孔容的介孔活性碳纳米球,并研究了其质量比电容,倍率性能和循环稳定性等电化学性能。3、以葡萄糖为碳源,三聚氰胺为氮源和发泡剂,经高温吹制得到微米级别的片状碳材料,再采用KOH活化进行造孔,最后得到具有分级的微孔/介孔结构,高比表面积、孔容的氮元素掺杂的碳纳米片材料,并分别考察了其在三电极体系和两电极体系的电化学性质。
【关键词】：超级电容器 碳材料 分级结构 ZnCl_2活化 氮掺杂碳材料
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53;TQ127.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-26
• 1.1 引言9-10
• 1.2 超级电容器概述10-15
• 1.2.1 超级电容器的发展和应用现状10-11
• 1.2.2 超级电容器的工作原理和分类11-14
• 1.2.3 超级电容器的组成和特点14-15
• 1.3 分级结构多孔碳材料概述15-18
• 1.3.1 分级结构多孔碳材料的特性和定义15-17
• 1.3.2 分级结构多孔碳材料的制备17-18
• 1.3.3 分级结构多孔的衍生物材料18
• 1.4 本文的工作目的及意义18-20
• 1.4.1 本论文研究的目的和意义18-19
• 1.4.2 本论文研究的内容19-20
• 参考文献20-26
• 第二章 多孔氧化镍电极材料的硬模板法制备及其表征26-36
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-28
• 2.2.1 主要试剂及仪器26-27
• 2.2.2 多孔氧化镍电极材料的硬模板法制备27-28
• 2.2.3 测试与表征28
• 2.2.4 电化学测试28
• 2.3 结果与讨论28-33
• 2.3.1 多孔氧化镍电极材料表征28-30
• 2.3.2 多孔氧化镍电极材料电化学性能测试30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 参考文献34-36
• 第三章 介孔活性碳纳米球的制备及其超级电容性能研究36-52
• 3.1 引言36-37
• 3.2 实验部分37-39
• 3.2.1 主要试剂及仪器37
• 3.2.2 间苯二酚甲醛树脂纳米球的制备37-38
• 3.2.3 介孔活性碳纳米球材料的制备38
• 3.2.4 材料表征38
• 3.2.5 介孔活性碳纳米球材料的超级电容性能测试38-39
• 3.3 结果与讨论39-47
• 3.3.1 介孔活性碳纳米球材料的制备及表征39-42
• 3.3.2 介孔活性碳纳米球材料的超级电容性能研究42-47
• 3.4 本章小结47-48
• 参考文献48-52
• 第四章 氮掺杂的活性炭纳米片电极材料制备及活性测试52-73
• 4.1 引言52-54
• 4.2 实验部分54-56
• 4.2.1 主要试剂及仪器54
• 4.2.2 氮掺杂碳纳米片的制备54
• 4.2.3 氮掺杂的活性炭纳米片电极材料制备54-55
• 4.2.4 材料测试及表征55
• 4.2.5 氮掺杂的活性炭纳米片电极材料超级电容性能测试55-56
• 4.3 结果与讨论56-66
• 4.3.1 氮掺杂的活性炭纳米片的表征56-60
• 4.3.2 氮掺杂的活性炭纳米片电极材料的超电容研究60-66
• 4.4 本章小结66-68
• 参考文献68-73
• 第五章 总结73-74
• 致谢74-75
• 硕士期间论文发表情况75

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