氮掺杂碳材料的制备及在超级电容器中的应用研究
发布时间：2022-01-08 08:35
能源稀缺和环境污染已成为21世纪不可忽视的两大社会问题,学者们纷纷致力于寻找和开发清洁环保的可再生能源以及安全高效的储能装置。其中,超级电容器（电化学电容器或法拉第电容器）,因为其具有充放电速率快、功率密度高、循环稳定性好等优点,逐渐成为了科学家们的研究重点。碳材料作为一种常用的超级电容器电极材料,具有比表面积大、孔径结构可调控、导电性能好和来源广泛、成本低廉等优点,受到了广泛的关注。但单纯的碳材料作为电极材料时,存在比电容和能量密度较低的缺点,严重限制了其进一步发展和应用。据报道,在碳基骨架中掺杂氮、磷、氧、硼等杂原子,能有效对碳材料进行改性,增加其比电容和能量密度。本课题主要制备了三种氮掺杂的多孔碳材料（PNCs）,研究不同前驱体及碳化温度对PNCs形貌、结构和电化学性能的影响,并探究了PNCs样品作为超级电容器电极材料的实用性能:首先,以对苯二胺（PPD）和三聚氯氰（TCT）为主要原料,通过缩聚反应生成具有三嗪结构的微孔聚合物,再在不同温度下煅烧碳化,制备氮掺杂的碳材料。测试表征结果表明:碳化温度是影响电极材料比表面积、孔径分布、氮掺杂量和电化学性能的重要因素;碳化温度升高时,样...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种主要储能器件的能量密度与功率密度函数之间的Ragone图
江南大学硕士学位论文完善了 Helmholtz 模型理论，使双电层理论具有了实际应用公司[10]以天然多孔碳材料为电极材料制备出了比电容接近0 年，日本松下公司[11]利用活性炭制作了以有机溶剂为电解年，新加坡国立大学[12]研究出了一种不需要电解液就可以储的泄露造成电容器的损坏，降低生产成本的同时达到更好的学者们进一步推进了对超级电容器的关注和研究，制备出许电容器。容器的结构组成器主要由电极材料、电解质、隔膜和集流体四部分组成[13-17。
应用比较多的电解质主要有水系、有机液体、离子液体和固态/准电容器的分类储能机理分类，双电层电容器(EDLC)。双电层电容器由两个电极材料、电解液组成并且通过电极表面形成的双电层进行电能存储[18]。当在双电，正电极静电吸附溶剂化的阴离子，负电极静电吸附溶剂化的阳衡后形成双电层电容器以此来存储电荷，工作原理如图 1-3 所示容量用公式 1-1 计算： = 4 电极材料的电化学活性表面积，ε 是电解液的介电常数，d 是双电双电层电容器具有高达 105W kg-1的功率密度和良好的循环稳定机制，具有能量密度较低的缺点。由于电极材料静电吸附阴阳离越大，因此可以通过增加电极材料的比表面积或掺杂杂原子等方器的比电容。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超级电容器储能在电动汽车中的应用研究[J]. 邓孝祥,王鑫鑫,李鹏,刘宏洋,王安华,汤旭日. 工业仪表与自动化装置. 2018(06)
[2]三明治型纳米多孔镍/氧化镍电极材料的制备及储能特性[J]. 祝江赛,朱墨,王志坤,胡庆丰,王晗,王志峰,秦春玲. 稀有金属材料与工程. 2018(12)
[3]电解质在超级电容器中的应用[J]. 易锦馨,霍志鹏,Abdullah M.Asiri,Khalid A.Alamry,李家星. 化学进展. 2018(11)
[4]超级电容器电极材料的研究进展[J]. 秦红梅,岳鲁超,米杰. 太原科技大学学报. 2018(06)
[5]浅析超级电容器的应用及发展趋势[J]. 丰骏,朱云松,丁晓峰. 山东工业技术. 2018(24)
[6]超级电容器电解质研究进展[J]. 杨贺珍,冉奋. 材料导报. 2018(21)
[7]蜂窝状氮掺杂碳材料的制备与氧还原催化性能研究[J]. 史诗伟,李静莎,唐有根,蒋金芝. 矿冶工程. 2018(04)
[8]微型超级电容器的电化学阻抗谱分析[J]. 吕晓静,朱平. 微纳电子技术. 2017(01)
[9]KOH activated carbon derived from biomass-banana fibers as an efficient negative electrode in high performance asymmetric supercapacitor[J]. Chaitra K,Vinny R T,Sivaraman P,Narendra Reddy,Chunyan Hu,Krishna Venkatesh,Vivek C S,Nagaraju N,Kathyayini N. Journal of Energy Chemistry. 2017(01)
[10]氮掺杂多孔炭材料的制备及在多相催化中的应用[J]. 杨勇,王言,蓝国钧,李健,李瑛. 化学通报. 2016(10)
博士论文
[1]超级电容器的制备及性能研究[D]. 王凯.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]杂原子掺杂多孔碳材料的制备、表征及其电化学性能研究[D]. 陈秋立.安徽工业大学 2018
[2]多孔碳的制备及其电化学性能研究[D]. 邵春风.桂林电子科技大学 2018
[3]二维层状材料及其复合材料的制备与电化学储能研究[D]. 苏当成.郑州轻工业学院 2018
[4]多孔碳材料的设计及其高性能双电层电容器的研究[D]. 杨复娟.太原理工大学 2018
[5]聚酰亚胺/磷腈前驱体多元素掺杂碳材料的制备及电化学性能研究[D]. 赵凯丽.北京化工大学 2018
[6]KOH活化与氮磷共掺杂苯并噁嗪基碳材料的制备及其在超级电容器中的应用[D]. 张梦艳.北京化工大学 2018
[7]生物质碳基电极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 张文.东北林业大学 2018
[8]多孔碳的结构设计及其超级电容器性能研究[D]. 蒋坤.扬州大学 2018
[9]氮掺杂多孔碳材料的制备及其电化学性能研究[D]. 杨莉.扬州大学 2017
[10]氮掺杂多孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用[D]. 唐承贵.湘潭大学 2017
本文编号：3576239
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种主要储能器件的能量密度与功率密度函数之间的Ragone图
江南大学硕士学位论文完善了 Helmholtz 模型理论，使双电层理论具有了实际应用公司[10]以天然多孔碳材料为电极材料制备出了比电容接近0 年，日本松下公司[11]利用活性炭制作了以有机溶剂为电解年，新加坡国立大学[12]研究出了一种不需要电解液就可以储的泄露造成电容器的损坏，降低生产成本的同时达到更好的学者们进一步推进了对超级电容器的关注和研究，制备出许电容器。容器的结构组成器主要由电极材料、电解质、隔膜和集流体四部分组成[13-17。
应用比较多的电解质主要有水系、有机液体、离子液体和固态/准电容器的分类储能机理分类，双电层电容器(EDLC)。双电层电容器由两个电极材料、电解液组成并且通过电极表面形成的双电层进行电能存储[18]。当在双电，正电极静电吸附溶剂化的阴离子，负电极静电吸附溶剂化的阳衡后形成双电层电容器以此来存储电荷，工作原理如图 1-3 所示容量用公式 1-1 计算： = 4 电极材料的电化学活性表面积，ε 是电解液的介电常数，d 是双电双电层电容器具有高达 105W kg-1的功率密度和良好的循环稳定机制，具有能量密度较低的缺点。由于电极材料静电吸附阴阳离越大，因此可以通过增加电极材料的比表面积或掺杂杂原子等方器的比电容。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超级电容器储能在电动汽车中的应用研究[J]. 邓孝祥,王鑫鑫,李鹏,刘宏洋,王安华,汤旭日. 工业仪表与自动化装置. 2018(06)
[2]三明治型纳米多孔镍/氧化镍电极材料的制备及储能特性[J]. 祝江赛,朱墨,王志坤,胡庆丰,王晗,王志峰,秦春玲. 稀有金属材料与工程. 2018(12)
[3]电解质在超级电容器中的应用[J]. 易锦馨,霍志鹏,Abdullah M.Asiri,Khalid A.Alamry,李家星. 化学进展. 2018(11)
[4]超级电容器电极材料的研究进展[J]. 秦红梅,岳鲁超,米杰. 太原科技大学学报. 2018(06)
[5]浅析超级电容器的应用及发展趋势[J]. 丰骏,朱云松,丁晓峰. 山东工业技术. 2018(24)
[6]超级电容器电解质研究进展[J]. 杨贺珍,冉奋. 材料导报. 2018(21)
[7]蜂窝状氮掺杂碳材料的制备与氧还原催化性能研究[J]. 史诗伟,李静莎,唐有根,蒋金芝. 矿冶工程. 2018(04)
[8]微型超级电容器的电化学阻抗谱分析[J]. 吕晓静,朱平. 微纳电子技术. 2017(01)
[9]KOH activated carbon derived from biomass-banana fibers as an efficient negative electrode in high performance asymmetric supercapacitor[J]. Chaitra K,Vinny R T,Sivaraman P,Narendra Reddy,Chunyan Hu,Krishna Venkatesh,Vivek C S,Nagaraju N,Kathyayini N. Journal of Energy Chemistry. 2017(01)
[10]氮掺杂多孔炭材料的制备及在多相催化中的应用[J]. 杨勇,王言,蓝国钧,李健,李瑛. 化学通报. 2016(10)
博士论文
[1]超级电容器的制备及性能研究[D]. 王凯.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]杂原子掺杂多孔碳材料的制备、表征及其电化学性能研究[D]. 陈秋立.安徽工业大学 2018
[2]多孔碳的制备及其电化学性能研究[D]. 邵春风.桂林电子科技大学 2018
[3]二维层状材料及其复合材料的制备与电化学储能研究[D]. 苏当成.郑州轻工业学院 2018
[4]多孔碳材料的设计及其高性能双电层电容器的研究[D]. 杨复娟.太原理工大学 2018
[5]聚酰亚胺/磷腈前驱体多元素掺杂碳材料的制备及电化学性能研究[D]. 赵凯丽.北京化工大学 2018
[6]KOH活化与氮磷共掺杂苯并噁嗪基碳材料的制备及其在超级电容器中的应用[D]. 张梦艳.北京化工大学 2018
[7]生物质碳基电极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 张文.东北林业大学 2018
[8]多孔碳的结构设计及其超级电容器性能研究[D]. 蒋坤.扬州大学 2018
[9]氮掺杂多孔碳材料的制备及其电化学性能研究[D]. 杨莉.扬州大学 2017
[10]氮掺杂多孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用[D]. 唐承贵.湘潭大学 2017
本文编号：3576239
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