多孔炭的制备及其在不同电解质体系的电容性能研究

发布时间：2017-12-04 08:08

  本文关键词：多孔炭的制备及其在不同电解质体系的电容性能研究

  更多相关文章： 超级电容器 多孔炭 孔结构 离子液体 凝胶电解质

【摘要】：超级电容器作为一种新型储能元件,兼具了电容器高功率和电池高比能的优势,具有功率密度高,循环寿命长,安全环保等优势,近年来被广泛应用在电动车动力系统,智能电网,军事,航空航天等方面。电极材料和电解质作为超级电容器的重要组成部分,其开发研究是推动整个超级电容器行业发展的重要因素,主要包括电极材料的设计合成,电解质离子与电极材料孔尺寸的匹配,以及电解质的开发等方面的研究。因此,研究不同电解质体系孔结构对多孔炭电容性能的影响,合成适用于不同电解质体系的电极材料具有重要意义。本文研究了凝胶电解质体系和离子液体体系下孔结构对多孔炭电容性能的影响,并以壳聚糖为碳源,制备了多孔炭材料,研究了其在凝胶电解质和离子液体电解质下的电化学性能。具体包括以下两个方面：(1)以实验室自合成的比表面积相近,孔结构不同的两类不同系列炭材料作为电极材料,考察了在凝胶电解质和离子液体电解质体系下孔结构对多孔炭电容行为影响。实验表明在凝胶电解质体系下微孔-介孔炭在相同电流密度下比电容值高于微孔炭,表明微孔-介孔孔道会有效提升电解质离子在材料内部的扩散能力,进而提高电化学性能；在离子液体电解质体系中,同样微孔-介孔炭在相同电流密度下比电容值高于微孔炭；且当电极材料孔径为4 nm时,在0.5 Ag-1电流密度下具有最高的比电容值,表明孔径为4 nm时有利于离子液体电解质体系下双电层的形成；当孔径大于4 nm时,比较大的介孔利于提高电容器的动力学过程,具有最优异的倍率性能。(2)以壳聚糖作为碳源与氮源,F127作为软模板胶束,壳聚糖中的-OH通过与F127中聚环氧乙烷段的氢键作用附着在表面活性剂胶束表面,而在水热过程中带正电的壳聚糖与带负电的氧化石墨烯通过静电作用相复合,除去模板得到氮自掺杂多孔炭材料。该材料介孔孔径在3-4nm范围,离子液体电解质离子在材料孔内形成双电层结构；炭材料骨架中含有还原氧化石墨烯,一方面作为结构导向剂,形成相互贯通的孔结构能够有效的缩短电解液的传输路径,另一方面提高了材料的导电性。其在离子液体电解质体系,0.5 A g-1电流密度下比电容值达到200 F g-1,能量密度达到110 Wh kg-1；在凝胶电解质体系,0.2 A g-1电流密度下比电容值达到131 F g-1。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11

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本文编号：1250305