生物质基炭材料的结构调控及其电化学性能研究

发布时间：2021-05-21 09:41

　　新型电化学储能装置的发展对于减少化石燃料的消耗以及间歇性可再生能源的高效利用起着非常重要的作用。其中,超级电容器由于具有功率密度高、循环寿命长、安全系数高等独特的优点,在储能系统、混合动力和电动汽车以及消费类电子产品等领域中,已经得到了广泛的应用。在各种超级电容器电极材料中,炭材料以其丰富的比表面积、可调节的多孔结构以及良好的导电性而受到人们的广泛关注。其中,生物质基炭材料具有独特的天然孔道结构、可调的物理化学性质、环境友好并且价格低廉,赋予了其人工材料难以比拟的优异性能。炭材料的比表面积、孔性结构和石墨化度,直接影响其电化学性能。此外,炭材料的原料成本、制备工艺、对环境的影响也是影响碳基超级电容器发展的因素。因此,开发高性能、低成本的炭材料对推动超级电容器的发展具有重要的作用。本文主要利用生物质的天然孔道结构来制备具有不同形貌特征的多孔炭材料;针对生物质基炭材料普遍存在的结构单一和石墨化程度低,以及传统活化剂腐蚀性强等缺点,开发多种新型催化剂对炭材料的结构进行设计和优化,实现同步活化和石墨化的目的;探索了其作用机理,研究了不同结构特征的炭材料对其电化学性能的影响,为合理利用生物质结构... 

【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 超级电容器简介
        1.1.1 超级电容器的发展历史
        1.1.2 超级电容器的储能机理
        1.1.3 超级电容器的应用
    1.2 炭材料的研究进展
        1.2.1 炭材料的种类
        1.2.2 多孔炭结构对电容性能的影响
    1.3 生物质基炭材料
        1.3.1 生物质基多孔炭的基本特征
        1.3.2 生物质基多孔炭的制备方法
        1.3.3 生物质基多孔炭的微观结构
    1.4 选题目的意义及主要研究内容
        1.4.1 选题目的和意义
        1.4.2 研究内容
第二章 碳微管束/MnO_2复合电极材料的制备及其电化学性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂和仪器
        2.2.2 三维碳微管束的制备
        2.2.3 MnO_2/CMB的制备
        2.2.4 材料的表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 结构与形貌分析
        2.3.2 比表面积和孔结构分析
        2.3.3 晶体结构分析
        2.3.4 X射线光电子能谱分析
        2.3.5 电化学性能分析
    2.4 本章小结
第三章 多孔石墨化碳微米管的制备及其作为MnO_2 的基底应用于超级电容器
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 原料和试剂
        3.2.2 多孔石墨化碳微米管的制备
        3.2.3 MnO_2/PGCMB电极的制备
        3.2.4 对比样品的制备
        3.2.5 材料的表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 结构与形貌表征分析
        3.3.2 比表面积和孔结构分析
        3.3.3 炭材料晶形结构分析
        3.3.4 X射线光电子能谱分析
        3.3.5 PGCMT形成机理分析
        3.3.6 电化学性能分析
    3.4 本章小结
第四章 碳微米管孔结构和石墨化度的调控及其作为基底对MnO_2 电化学性能的影响.
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 原料和试剂
        4.2.2 多孔石墨化碳的制备
        4.2.3 MnO_2/PGC-N电极的制备
        4.2.4 材料的表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 结构与形貌表征分析
        4.3.2 比表面积和孔结构分析
        4.3.3 炭材料晶形结构分析
        4.3.4 X射线光电子能谱分析
        4.3.5 PGC-N形成机理分析
        4.3.6 电化学性能分析
    4.4 本章小结
第五章 炭材料比表面积和石墨化度的有效调控及对其电化学性能的影响
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 原料和试剂
        5.2.2 多孔石墨化碳的制备
        5.2.3 材料的表征
        5.2.4 电化学性能测试
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 结构与形貌表征分析
        5.3.2 比表面积和孔结构分析
        5.3.3 炭材料晶形结构分析
        5.3.4 PGC-10c-T形成机理分析
        5.3.5 电化学性能分析
    5.4 本章小结
第六章 以纤维素和葡萄糖为碳源制备多孔石墨化碳材料
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 原料和试剂
        6.2.2 CS@CF-KFe的制备
        6.2.3 材料的表征
        6.2.4 电化学性能测试
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 结构与形貌表征分析
        6.3.2 比表面积和孔结构分析
        6.3.3 晶形结构分析
        6.3.4 X射线光电子能谱分析
        6.3.5 电化学性能分析
    6.4 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
博士学位论文独创性说明


【参考文献】：
期刊论文
[1]Hard carbon derived from cellulose as anode for sodium ion batteries:Dependence of electrochemical properties on structure[J]. V.Simone,A.Boulineau,A.de Geyer,D.Rouchon,L.Simonin,S.Martinet.  Journal of Energy Chemistry. 2016(05)



本文编号：3199484