生物质基碳材料在超级电容器中的研究及应用
发布时间：2022-01-16 06:10
超级电容器,也称为电化学电容器（ECs）,是一种可持续发展和可再生的能量转换或存储设备,具有高功率密度、优异的循环稳定性（>100000）、良好的操作安全性、高的热稳定性、快速充/放电和循环寿命长等特点受到越来越多的关注。超级电容器根据储能机理主要分为两种,双电层电容器（EDLC）和赝电容电容器。双电层是指插入电解液中的电极表面与溶液两侧会分布电荷数量相等而符号相反的离子层,在溶液中和电极上形成了两个电荷层,从而使相间产生电位差,其电极材料主要是碳基材料。赝电容是指电极和电解质界面发生了快速、可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应,赝电容电容器的主要材料是金属氧化物。由碳基材料组成的双电层电容器具有优异的倍率性能、快速动力学和高功率密度,这是由于碳基材料具有高的比表面积,可提供巨大的电荷存储容量和促进电解质离子的快速吸附/脱附过程。而赝电容电容器具有更高的能量密度,其原因之一可归于更宽的电压窗口。根据以上所述,本文先选取储量大、取材方便、富含N和P等杂元素且成本低廉的生物质作为碳前驱体,以不同活化温度制备N、P共掺杂多孔碳材料,探究活化温度和N、P元素对多孔碳材料的形貌结构及其电化...
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物质能的利用形式示意图
图 1.2 多孔碳材料的制备方法Figure 1.2 Preparation of porous carbon materials.法法合成多孔碳材料的主要步骤如下[27]：先合成具有可控孔径的多孔分子筛，用其作为硬模板；碳前躯体装载到模板的孔道中；后把合成的碳前躯体/无机复合材料经过高温碳化和模板刻蚀手段，孔径尺寸和孔结构关键决定于所采用的硬模板的尺寸和结构。通过，来进行控制和制备反相复制的多孔碳。因此，模板材料应具有可稳定性、与碳前躯体无化学反应、容易除去等性质。碳前躯体则需充分的填入模板材料的空隙中和高温热稳定性，使其制备出化学性8]。各种无机材料，包括硅纳米颗粒（硅溶胶）、沸石、阳极氧化铝
杂、制备的周期较长且价格昂贵，同时对模板的选取较为严格，最终还需除去模板，可能会出现模板残留的问题。1.2.2.2 软模板法软模板法是采用表面活性剂作为模板剂，通过表面活性剂和碳前躯体之间的互相作用，经过自组装形成多孔结构。采用软模板法制备介孔碳材料需具备 4 个要求：（1）前驱体能自组装成纳米结构；（2）前驱体至少含有一种孔导向组分和一种碳组分；（3）孔导向组分具有良好的高温热稳定性；（4）成碳组分可产生高度交联的聚合物材料，而且在除去孔导向组分时能够保持其纳米结构。Dai 等人[35]将 PS-P4VP 型嵌段共聚物与间苯二酚甲醛树脂组装得到嵌段共聚物-酚醛树脂复合材料，在甲醛蒸汽和热固后碳化，得到了高度有序的介孔碳。Qiao 等人[36]以 FC4和 F127 为模板，乙醇和三甲基苯（TMB）作为共同有机溶剂，间苯二酚和甲醛作为碳前躯体，通过氢键的作用使甲醛和乳滴自组装形成介孔甲醛树脂球。图 1.3 为合成介孔碳球示意图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超级电容器电极用N-掺杂多孔碳材料的研究进展[J]. 冯晨辰,吴爱民,黄昊. 材料导报. 2016(01)
[2]新型能源植物浮萍的研究进展[J]. 于昌江,朱明,马玉彬,于丽,周功克. 生命科学. 2014(05)
[3]N掺杂多孔碳材料研究进展[J]. 余正发,王旭珍,刘宁,刘洋. 化工进展. 2013(04)
[4]江苏省夏季浮萍种类及其生长水环境调查[J]. 吴雪飞,刘璐嘉,马晗,刘杨,周明耀,钱晓晴. 生态与农村环境学报. 2012(05)
[5]超级电容器电解质研究进展[J]. 李作鹏,赵建国,温雅琼,李江,邢宝岩,郭永. 化工进展. 2012(08)
[6]生物质能利用技术的研究进展[J]. 郭海霞,左月明,张虎. 农机化研究. 2011(06)
[7]我国生物质能资源与利用[J]. 赵军,王述洋. 太阳能学报. 2008(01)
[8]中国生物质能产业发展现状及趋势分析[J]. 王久臣,戴林,田宜水,秦世平. 农业工程学报. 2007(09)
博士论文
[1]多孔结构碳材料的制备及功能研究[D]. 仲启凤.东南大学 2016
硕士论文
[1]超级电容器用生物质基多孔炭的研制及其储电性能研究[D]. 凌平华.安徽工业大学 2013
本文编号：3592091
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物质能的利用形式示意图
图 1.2 多孔碳材料的制备方法Figure 1.2 Preparation of porous carbon materials.法法合成多孔碳材料的主要步骤如下[27]：先合成具有可控孔径的多孔分子筛，用其作为硬模板；碳前躯体装载到模板的孔道中；后把合成的碳前躯体/无机复合材料经过高温碳化和模板刻蚀手段，孔径尺寸和孔结构关键决定于所采用的硬模板的尺寸和结构。通过，来进行控制和制备反相复制的多孔碳。因此，模板材料应具有可稳定性、与碳前躯体无化学反应、容易除去等性质。碳前躯体则需充分的填入模板材料的空隙中和高温热稳定性，使其制备出化学性8]。各种无机材料，包括硅纳米颗粒（硅溶胶）、沸石、阳极氧化铝
杂、制备的周期较长且价格昂贵，同时对模板的选取较为严格，最终还需除去模板，可能会出现模板残留的问题。1.2.2.2 软模板法软模板法是采用表面活性剂作为模板剂，通过表面活性剂和碳前躯体之间的互相作用，经过自组装形成多孔结构。采用软模板法制备介孔碳材料需具备 4 个要求：（1）前驱体能自组装成纳米结构；（2）前驱体至少含有一种孔导向组分和一种碳组分；（3）孔导向组分具有良好的高温热稳定性；（4）成碳组分可产生高度交联的聚合物材料，而且在除去孔导向组分时能够保持其纳米结构。Dai 等人[35]将 PS-P4VP 型嵌段共聚物与间苯二酚甲醛树脂组装得到嵌段共聚物-酚醛树脂复合材料，在甲醛蒸汽和热固后碳化，得到了高度有序的介孔碳。Qiao 等人[36]以 FC4和 F127 为模板，乙醇和三甲基苯（TMB）作为共同有机溶剂，间苯二酚和甲醛作为碳前躯体，通过氢键的作用使甲醛和乳滴自组装形成介孔甲醛树脂球。图 1.3 为合成介孔碳球示意图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超级电容器电极用N-掺杂多孔碳材料的研究进展[J]. 冯晨辰,吴爱民,黄昊. 材料导报. 2016(01)
[2]新型能源植物浮萍的研究进展[J]. 于昌江,朱明,马玉彬,于丽,周功克. 生命科学. 2014(05)
[3]N掺杂多孔碳材料研究进展[J]. 余正发,王旭珍,刘宁,刘洋. 化工进展. 2013(04)
[4]江苏省夏季浮萍种类及其生长水环境调查[J]. 吴雪飞,刘璐嘉,马晗,刘杨,周明耀,钱晓晴. 生态与农村环境学报. 2012(05)
[5]超级电容器电解质研究进展[J]. 李作鹏,赵建国,温雅琼,李江,邢宝岩,郭永. 化工进展. 2012(08)
[6]生物质能利用技术的研究进展[J]. 郭海霞,左月明,张虎. 农机化研究. 2011(06)
[7]我国生物质能资源与利用[J]. 赵军,王述洋. 太阳能学报. 2008(01)
[8]中国生物质能产业发展现状及趋势分析[J]. 王久臣,戴林,田宜水,秦世平. 农业工程学报. 2007(09)
博士论文
[1]多孔结构碳材料的制备及功能研究[D]. 仲启凤.东南大学 2016
硕士论文
[1]超级电容器用生物质基多孔炭的研制及其储电性能研究[D]. 凌平华.安徽工业大学 2013
本文编号：3592091
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