多孔炭的一步制备及在无机盐电解液中电化学性能研究

发布时间：2017-09-29 22:33

  本文关键词：多孔炭的一步制备及在无机盐电解液中电化学性能研究

  更多相关文章： 有机盐 掺氮多孔炭 一步炭化法 硝酸盐 电导率 电化学性能

【摘要】：超级电容器作为一种新型储能设备,主要的缺陷是较低的能量密度。新型炭材料由于具有高比表面积、发达的孔隙结构以及良好的导电性能而广泛应用于超级电容器电极材料。水系电解质溶液具有良好的电导率、低粘度、廉价、无腐蚀和电化学性能稳定等优点,可作为最有潜力的超级电容器电解质溶液。因此,如何选用合适的前驱体制备性能优异的炭材料及杂原子掺杂炭材料;进一步探讨水系电解质溶液超电容性能对改善超级电容器能量密度显得尤为重要。本论文致力于高性能多孔炭材料制备及其杂原子掺杂的制备与表征;将其应用于超级电容器电极材料,硝酸盐水溶液作为电解质溶液,对其电化学性能进行系统的研究;对硝酸盐水溶液电导率与电化学性能之间的关系进行了研究。本论文主要包括以下几个方面:(1)有机盐基多孔炭材料的制备与表征:分别以酒石酸盐、腐殖酸盐和邻苯二甲酸氢钾为前驱体,采用一步炭化法制备了形态各异的有机盐基多孔炭材料。考察了炭化条件(温度、时间)对其微观结构和电化学性能的影响。研究表明有机盐基多孔炭材料具有高比表面积、发达的孔隙结构、良好的电导率和电化学性能。腐植酸钾基多孔炭材料比表面积达到890 m2 g-1,在电流密度为0.5 A g-1时,比电容高达232 F g-1(26.1μF cm 2);酒石酸钾基蜂窝状多孔炭材料比表面积可达1290 m2 g 1,在电流密度为0.7 A g 1时,比电容达到296 F g 1(29.1μF cm 2);邻苯二甲酸氢钾基微孔炭材料比表面积可达1118 m2 g-1,在电流密度为0.1 A g-1时比电容高达243 F g-1(21.7μF cm-2)。(2)有机盐基掺氮多孔炭材料的制备与表征:以生化黄腐酸钾为前驱体,在惰性的氛围中采用一步炭化法制备了生化黄腐酸钾基掺氮多孔炭材料。生化黄腐酸钾基掺氮多孔炭材料具有高比表面积(2142 m2 g-1)和孔隙结构(1.35 cm3 g-1),并且具有较高的含氮量(4.66%)。生化黄腐酸钾基氮掺杂多孔炭材料也表现出了优异的电容性能(在0.5 A g-1时,比电容达到235 F g-1(14.50μF cm-2))、高倍率性能和良好的循环稳定性。(3)一步炭化法机理探讨:对一步炭化有机盐制备多孔炭材料的反应机理进行了探讨表明:热分解过程中生成的金属钾单质,在高温下气化形成的蒸汽能有效的嵌入到碳基晶格之间,导致碳晶格的膨胀和破坏,从而有利于孔结构的形成。另外,炭化过程中生成的CO2气体有助于微孔结构的形成。(4)硝酸盐水溶液电化学性能的考察:以不同浓度的硝酸盐水溶液为电解质溶液,对电导率与电化学性能之间的关系研究表明:电导率对硝酸盐水溶液电化学性能具有重要的意义,但不具有线性关系。当电化学电位窗口远远超出其理论分解电压时,经过5000次的恒电流充放电后,仍有良好的电容保留率和倍率性能。因此,无机盐水溶液可作为超级电容器最有潜力的电解质溶液。
【关键词】：有机盐 掺氮多孔炭 一步炭化法 硝酸盐 电导率 电化学性能
【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8-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 引言12
• 1.2 超级电容器简介12-13
• 1.2.1 分类及其特点12-13
• 1.2.2 组成及其性能13
• 1.3 电极材料13-16
• 1.3.1 新型炭材料13-16
• 1.3.2 金属氧化物16
• 1.3.3 导电聚合物16
• 1.4 电解质溶液16-17
• 1.5 研究意义、内容及目标17-19
• 1.5.1 研究意义17
• 1.5.2 研究内容17-18
• 1.5.3 研究目的18-19
• 第二章 酒石酸盐基海绵状微孔炭的制备及电化学性能研究19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 实验部分19-22
• 2.2.1 实验仪器及药品19-20
• 2.2.2 材料制备20-21
• 2.2.3 结构性能表征21
• 2.2.4 电化学性能实验21-22
• 2.3 结果与讨论22-31
• 2.3.1 物相分析22-23
• 2.3.2 微观结构23-27
• 2.3.3 电化学性能27-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 生物质基氮掺杂多孔炭材料的制备及电化学性能研究33-50
• 3.1 引言33
• 3.2 实验部分33-35
• 3.2.1 实验仪器及药品33-34
• 3.2.2 材料制备34-35
• 3.2.3 结构性能表征35
• 3.2.4 电化学性能实验35
• 3.3 结果与讨论35-48
• 3.3.1 腐殖酸盐基多孔炭材料35-43
• 3.3.2 生化黄腐酸钾基掺氮多孔炭材料43-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 邻苯二甲酸氢钾基微孔炭材料的制备及电化学性能研究50-58
• 4.1 引言50
• 4.2 实验部分50-51
• 4.2.1 实验仪器及药品50
• 4.2.2 材料制备50-51
• 4.2.3 结构性能表征51
• 4.2.4 电化学性能实验51
• 4.3 结果与讨论51-57
• 4.3.1 一步炭化法的反应机理探讨51-52
• 4.3.2 物相分析52-53
• 4.3.3 微观结构53-54
• 4.3.4 XPS分析54-55
• 4.3.5 电化学性能55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 有机盐基多孔炭材料在无机盐溶液中电化学性能研究58-73
• 5.1 引言58
• 5.2 实验部分58-59
• 5.2.1 实验仪器及试剂58
• 5.2.2 电导率测试58-59
• 5.2.3 电化学性能测试59
• 5.3 LiNO_3水溶液的电化学性能59-63
• 5.3.1 LiNO_3水溶液的电导率59
• 5.3.2 LiNO_3水溶液的优化59-61
• 5.3.3 LiNO_3水溶液的最佳电位窗口61-62
• 5.3.4 LiNO_3水溶液的循环稳定性62-63
• 5.4 KNO_3水溶液的电化学性能63-67
• 5.4.1 KNO_3水溶液的电导率63
• 5.4.2 KNO_3水溶液的优化63-66
• 5.4.3 KNO_3水溶液的最佳电位窗口66
• 5.4.4 KNO_3水溶液的循环稳定性66-67
• 5.5 NaNO_3水溶液的电化学性能67-72
• 5.5.1 NaNO_3水溶液的电导率67
• 5.5.2 NaNO_3水溶液的优化67-70
• 5.5.3 NaNO_3水溶液的最佳电位窗口70-71
• 5.5.4 NaNO_3水溶液的循环稳定性71-72
• 5.6 本章结论72-73
• 结论与展望73-75
• 参考文献75-83
• 致谢83-84
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 聂美晨;;汽车产业转型升级势在必行——《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》解读[J];中国科技投资;2012年15期

，

本文编号：944663