碳纳米复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

发布时间：2017-09-24 02:27

  本文关键词：碳纳米复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

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【摘要】：当今人类面临能源日渐短缺、环境日益恶化的严重问题,发展可再生的新型能量转化与存储装置迫在眉睫。超级电容器又称为电化学电容器,是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件,由于具有比充电电池高的功率密度、比传统电容器高的能量密度特性等优点使其在各个行业都有着广泛的应用前景。虽然超级电容器充放电速度快、循环寿命长和环境友好,但是如何获得更高的能量密度,同时保持优异的循环稳定性和低的生产成本成为超级电容器进一步发展所面临的挑战。本论文的工作从决定电容器性能的关键因素—电极材料入手,创新性地以温室气体CO2为原料制备了电化学性能优异的碳纳米复合材料。论文的主要研究内容如下： 1.首次采用燃烧-淬火结合水热法在不同温度下制备了不同形貌的纳米石墨烯片掺杂的二氧化锰复合材料。利用SEM、XRD、Raman、TEM和BET等表征手段对复合材料的形貌、晶体结构和比表面积等进行了分析。当反应温度控制在40℃时制备了纳米石墨烯片掺杂的二氧化锰纳米颗粒,该材料在1M Na2SO4、溶液中、5-50mV s-1的扫速范围内均表现出了优异的双层电容性能。电流密度为1Ag-1时该材料的比电容为171.3F g-1,循环扫描3000圈后比电容仍然保持了150.6F g-1。当反应温度增加到140℃时制备了纳米石墨烯片掺杂的二氧化锰纳米管复合材料,该材料结晶性强、导电性好,表现出了优异的电化学性能。在1M Na2SO4溶液中、5-50mVs-1的扫速范围内均表现出了优异的双层电容性能。电流密度为1A g-1时该材料的比电容为290.6Fg-1,循环扫描3000圈后比电容仍然保持了265.4Fg-1。 2.采用气相沉积的方法以对环境有害的温室气体CO2为原料、金属Mg为还原剂、镍网为模板首次制备了三维碳纳米管网(CNTF)。并且在此基础之上利用水热法制备了电化学性能优异的Ni(OH)2/CNTF复合电极材料。该材料在6MKOH溶液中、5～100mV s-1的扫速范围内均表现出了优异的赝电容性能。以整个电极质量计,在电流密度0.5Ag-1时Ni(OH)2/CNTF的比电容为259F g-,当电流密度为10A g-1后比电容仍保持在131Fg-1。经过2000次恒流充放电循环后比电容仍保持在初始值的94%,表现出了优异的循环稳定性。
【关键词】：纳米石墨烯片 三维碳纳米管网 MnO_2 Ni(OH)_2 超级电容器
【学位授予单位】：信阳师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 超级电容器概述11
• 1.2 超级电容器分类及工作原理11-14
• 1.2.1 超级电容器分类11-12
• 1.2.2 超级电容器工作原理12-14
• 1.3 超级电容器的组成14-16
• 1.4 超级电容器的性能指标16-19
• 1.5 电极材料研究现状19-21
• 1.5.1 碳电极材料19-20
• 1.5.2 金属氧化物/氢氧化物电极材料20-21
• 1.5.3 导电聚合物电极材料21
• 1.6 存在的问题与本课题研究的内容与意义21-22
• 第2章 样品制备及表征方法22-30
• 2.1 引言22-23
• 2.2 样品的制备方法23-24
• 2.2.1 纳米石墨烯片及其与二氧化锰复合材料的制备方法23
• 2.2.2 三维碳纳米管网及其与氢氧化镍的制备方法23-24
• 2.3 实验药品24
• 2.4 实验仪器24-25
• 2.5 材料表征技术25-30
• 2.5.1 扫描电子显微技术25-26
• 2.5.2 透射电子显微技术26-27
• 2.5.3 X射线衍射技术27-28
• 2.5.4 拉曼光谱技术28-29
• 2.5.5 热失重分析技术29
• 2.5.6 氮气吸脱附实验29-30
• 第3章 纳米石墨烯片/二氧化锰复合材料的制备与电化学性能研究30-41
• 3.1 引言30-31
• 3.2 实验部分31-33
• 3.2.1 样品的制备31
• 3.2.2 电极制备31-32
• 3.2.3 样品表征32
• 3.2.4 样品的电化学性能测试32-33
• 3.3 结果与讨论33-39
• 3.3.1 结构表征33-34
• 3.3.2 形貌表征34-36
• 3.3.3 生长机理分析36-37
• 3.3.4 电化学性能表征37-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 三维碳纳米管的制备及其在超级电容器中的应用41-53
• 4.1 引言41-42
• 4.2 实验部分42-43
• 4.2.1 样品制备42
• 4.2.2 电极制备42-43
• 4.2.3 样品的电化学性能测试43
• 4.2.4 样品表征43
• 4.3 结果与讨论43-51
• 4.3.1 结构表征43-45
• 4.3.2 形貌表征45-47
• 4.3.3 生长机理分析47-49
• 4.3.4 电化学性能表征49-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第5章 结论53-54
• 5.1 结论53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-63
• 攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 邓梅根,张治安,胡永达,汪斌华,杨邦朝;活化和表面改性对碳纳米管超级电容器性能的影响[J];物理化学学报;2004年04期

2 文越华,曹高萍,程杰,杨裕生;纳米孔玻态炭—超级电容器的新型电极材料 I.固化温度对其结构和电容性能的影响[J];新型炭材料;2003年03期

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本文编号：908845