多孔氮掺杂炭基纳米材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2021-09-04 03:38

　　超级电容器与锂离子电池储能技术由于各自独特的储能机制以及储能优势而广泛应用于便携式电子设备、辅助电源、电动汽车以及智能电网等。然而通过双电层电荷存储机制的炭基超级电容器电极材料具有有限的能量密度,而传统氧化物基锂离子电池负极材料具有低电子导电率以及慢锂离子扩散速率。通过异质原子掺杂能够在炭基材料中引入赝电容效应进而提高其能量密度；异质原子掺杂的多孔碳骨架复合氧化物纳米结构不仅能够有效提高电极材料的电子导电率,而且能够缩短锂离子扩散路径并提供良好的应力缓释作用。本文通过聚吡咯、聚苯胺以及沸石咪唑酯骨架-8（ZIF-8）等原位碳化过程分别制备氮氧共掺杂活化碳纳米管、氮氧共掺杂多孔碳纳米骨架材料以及多孔氮掺杂炭/ZnO多面体,改善并提高三者作为超级电容器或锂离子电池负极电极材料的容量、倍率性能以及循环稳定性。本文主要研究内容如下：（1）氮氧共掺杂活化碳纳米管：采用聚吡咯纳米管作为含氮聚合物前驱体,采用两步高温碳化-活化法成功制备含氮氧活化碳纳米管。碳化阶段形成相比于聚吡咯前驱体更稳定的无定形碳纳米管,其确保了随后KOH活化过程不会破坏碳纳米管的形貌、孔结构等。所获得的氮氧共掺杂活化碳纳米管具... 

【文章来源】：青岛科技大学山东省

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１超级电容器的不同电荷存储机制

青岛科技大学硕丄＇研究生学位论文直至１９８６年出现了裡离子电池的第一个维形，其用ＬｉＣｏ〇２为正极材料，电有机裡盐体系，负极材料采用炭基结构材料。１９９１年，ＳＯＮＹ公司成功将裡池商业化。商业化的裡离子电池的体积和质量能量密度比传统镇福电池Ｗ及池高两倍之多，这促进了便携式电子设备的体积和重量的大幅度减小，使得电子设备更为轻便和小型化。近年来，裡离子电池的应用逐渐扩展至电动汽车动力电车Ｌ义及智能电网储能设备中。如图１－２所示，随后几年消费者应用（电子设备）还将稳步增长，裡离子电池在电动汽车中的应用将会实现快速增

Ｍｅ￥ｏｐ〇ｆ〇ｕｓ?Ｃａｒｔｏｏｎ?Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?Ｃａｒｂｏｎ?Ｆｒｏｍ??ｆｔｏｍ?Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ?Ｐｏｌｙａｎ…说?Ｄｏｐｅｄ?Ｗｉｔｈ?Ｍｅ切Ｉｓ??图１－５?ＳＢＡ－１５模板法合成介孔碳ｋ乂及金属棒杂介孔碳示意图［Ｍ】。??Ｆｉｇ．?１—５?ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?Ｓ目Ａ－１５?化ｍｐｌａｔｅ?ｍｅｔｈｏｄ?ｆｏｒ?化ｅ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｏｆ??ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ａｎｄ?ｍｅｔａｌ－ｄｏｐｅｄ?ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ【６ｓ］．??近日，Ｊｉａ等人ｔＷ等人通过直接将乙二胺四己酸四钢盐在高媪股烧后稀盐酸洗??緣后获得氮惨杂多孔碳材料。随着锻烧温度从６００到９００?°Ｃ的变化，所获得的含氮??多孔碳材料的比表面积由４０８变化为１１７１?ｍ２?ｇ－ｉ，其含氮量由８．巧口／．％变化为１．０２??化％。由此可见，随着温度的升高，样品比表面积有所提高，然而含氮量下降。因??此，合适的锻烧温度对于材料的综合电化学性质至关重要。含氮前驱体直接锻烧法??中所利用的含氮前驱体一般为聚化咯、聚苯胺Ｗ及聚嗟吩等含杂原子的导电聚合物??材料。聚合物前驱体在高温碳化时会发生脱径基、氨基等化学反应，尽量选择高含??氮量的聚合物前驱体材料所获得的含氮炭材料具有高的氮含量。另外，选择同时含??有氮、硫、测等杂原子的聚合物前驱体材料能够同时研究多种杂原子惨杂对于碳材??料的物理化学性质的影响。例如


本文编号：3382484