有机盐衍生多孔炭的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-09-07 01:49

  本文关键词：有机盐衍生多孔炭的制备及其电化学性能研究

  更多相关文章： 氮掺杂多孔炭 有机盐 比表面积 电化学性能 电解液 超级电容器

【摘要】：超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型储能装置。针对现阶段制约超级电容器能量密度提高的关键问题,人们主要集中在电极材料和电解液的研究。多孔炭材料因具有高比表面积、发达的孔隙结构、相对良好的导电性能和较低的成本而广泛用于超级电容器电极材料。因此,如何制备具有性能优异的炭电极材料及掺杂多孔炭材料已成为当前的研究重点。另外,将具有电化学活性的物质掺杂到电解液中,可在电极/电解液表面引起氧化还原反应而增加赝电容,从而提高超级电容器的能量密度。本文选用廉价的碳前驱体、简单易行的直接炭化法制备多孔炭材料及氮掺杂多孔炭材料,并对其微观结构与电化学性能之间的关系进行详细的考察;初步考察了电化学活性物质对其电容性能的影响。本文主要包括以下两个方面:(1)有机盐衍生氮掺杂多孔炭材料的制备及其电化学性能考察:以味精为含氮碳源,采用直接炭化法制备了高含氮(5.08%)的有机盐衍生掺氮多孔炭材料。在炭化温度为800℃、炭化时间为2 h下得到的有机盐衍生氮掺杂多孔炭具有较高的比表面(1873 m2/g)和孔体积(1.10 cm3/g)。该有机盐衍生掺氮多孔炭材料在KOH电解液中,具有较高的比电容(205 F/g)和良好的循环稳定性。(2)有机盐衍生多孔炭材料的制备及其电化学性能考察:以硬脂酸盐为碳前驱体,采用直接炭化法制备了不同微观结构的多孔炭材料。采用不同表征技术对有机盐衍生多孔炭材料的微观性能进行表征研究,表明其具有良好的比表面积(硬脂酸钾衍生多孔炭达到576.4 m2/g)和发达的孔隙结构(硬脂酸钾衍生多孔炭达到0.26 cm3/g)。以6 M KOH溶液为电解液对其电化学性能进行研究表明,有机盐衍生多孔炭材料具有理想的比电容(硬脂酸钾衍生多孔炭达到208 F/g)、较小的阻抗特性和良好的循环稳定性。(3)KI-KOH电解质溶液的电化学性能考察:将具有电化学活性的物质KI掺杂到KOH溶液中制备混合型电解液。通过KI浓度对电解液电化学性能的影响考察发现,硬脂酸钾衍生多孔炭材料在3.5 M KI+1 M KOH电解液中具有最佳的电化学性能。另外,在电流密度为1 A/g时,相比于1 M KOH电解液,硬脂酸钾衍生多孔炭材料在3.5 M KI+1 M KOH电解液中的比电容提高了91.15%。实验结果表明,3.5 M KI+1 M KOH电解质溶液具有良好的容抗阻抗性能和出色的循环稳定性。
【关键词】：氮掺杂多孔炭 有机盐 比表面积 电化学性能 电解液 超级电容器
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM53
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstruct8-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 背景10
• 1.2 超级电容器简介10-14
• 1.2.1 超级电容器性能10-11
• 1.2.2 超级电容器储能机理11-14
• 1.3 电极材料14-16
• 1.3.1 炭电极材料14-16
• 1.3.2 金属氧化物16
• 1.3.3 导电聚合物16
• 1.4 电解液16-17
• 1.4.1 水系电解质17
• 1.4.2 有机电解质17
• 1.4.3 离子液体电解质17
• 1.5 选题意义及研究内容17-19
• 1.5.1 课题的提出17-18
• 1.5.2 课题研究内容18-19
• 第二章 味精衍生掺氮多孔炭材料的制备及电化学性能19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 实验部分19-21
• 2.2.1 实验药品及仪器19-20
• 2.2.2 炭材料材料的制备20
• 2.2.3 结构性能表征20
• 2.2.4 电化学性能测试20-21
• 2.3 结果与讨论21-28
• 2.3.1 结构性能21-24
• 2.3.2 电化学性能24-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 硬脂酸盐衍生多孔炭材料的制备及电化学性能29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 实验部分29-30
• 3.2.1 实验药品及仪器29
• 3.2.2 多孔炭材料合成29-30
• 3.2.3 结构性能表征30
• 3.2.4 电化学性能测试30
• 3.3 结果与讨论30-37
• 3.3.1 结构性能30-33
• 3.3.2 电化学性能33-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 硬脂酸钾衍生多孔炭电极在KI-KOH电解液中的电化学性能38-45
• 4.1 引言38
• 4.2 实验部分38-39
• 4.2.1 实验药品及仪器38-39
• 4.2.2 KI-KOH电解液制备39
• 4.2.3 电化学性能测试39
• 4.3 结果与讨论39-44
• 4.3.1 KI-KOH电解液优化39-41
• 4.3.2 最佳配比的KI-KOH电解质溶液性能与纯KOH性能比较41-44
• 4.4 本章小结44-45
• 结论与展望45-46
• 一 结论45
• 二 展望与建议45-46
• 参考文献46-51
• 致谢51-52
• 附录A 在学期间发表的学术论文与研究成果52

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本文编号：806732