酚醛树脂基碳材料作为电极材料性能及研究
发布时间：2024-01-31 04:04
发展新型电化学储能技术利用清洁可再生能源是解决能源短缺环境污染问题的重要途径。钠离子电池因其潜在的低成本性、资源丰富等特点可以在大规模储能领域应用。硬碳材料被认为是最具潜力的钠离子电池负极材料。然而其性能需要进一步提升以满足产业化需求,同时硬碳材料的储钠机理仍存在争议,需要进一步研究。超级电容器因其高功率密度、超长循环寿命等特点成为众多学者关注的热点,但是其能量密度较低的问题限制其大规模应用。提高活性炭电极材料的比电容值从而提高超级电容器能量密度是一个研究热点。本文使用间苯二酚甲醛原料体系合成酚醛树脂,在不同的炭化温度处理后得到一系列的硬碳材料。其中使用1300℃处理得到的硬碳材料经电化学测试表明具有407mAh/g的可逆储钠容量、88%的首次库伦效率,在l00mAh/g电流密度循环200周后容量保持率为89.8%。该材料在钠离子全电池中发挥容量为372mAh/g。同时对不同炭化温度处理得到的硬碳材料使用ex suit XRD、不同扫速CV、HTEM、Raman等测试方法总结其结构特性和储钠性能之间的构效关系探索该硬碳材料的储钠机理。放电曲线中高电压斜坡段容量由钠离子在缺陷位存储所贡献...
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 钠离子电池简介
1.2.1 钠离子电池工作原理
1.2.2 钠离子电池结构
1.2.3 钠离子电池发展历史与现状
1.3 钠离子正极材料
1.3.1 钠层状金属氧化物
1.3.2 聚阴离子型正极材料
1.3.3 普鲁士蓝型正极材料
1.4 钠离子电池负极材料
1.4.1 合金反应负极材料
1.4.2 金属氧(硫)化物
1.4.3 碳基负极材料
1.5 超级电容器简介
1.5.1 超级电容器原理
1.5.2 超级电容器特点
1.5.3 超级电容器分类
1.5.4 超级电容器结构
1.6 超级电容器电极材料
1.6.1 贵金属氧化物
1.6.2 过渡金属氧化物
1.6.3 碳基电极材料
1.7 选题背景及研究内容
第二章 实验及表征方法
2.1 实验原料与实验设备
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验所用仪器设备
2.2 材料物理性质表征方法
2.2.1 热重分析与示差扫描量热法联用(TG-DSC)
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.3 X射线衍射分析(XRD)
2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.5 拉曼光谱分析(Raman)
2.2.6 比表面积及孔结构分析
2.2.7 透射电子显微镜(HTEM)
2.3 材料电化学性质表征方法
2.3.1 工作电极制备及电化学测试器件组装
2.3.2 电化学表征方法
第三章 酚醛树脂基硬碳储钠性能研究
3.1 引言
3.2 酚醛树脂基硬碳材料的制备
3.2.1 前驱体选择
3.2.2 间苯二酚甲醛树脂制备
3.2.3 间苯二酚甲醛树脂TG-DSC分析
3.2.4 酚醛树脂基硬碳材料的制备
3.3 酚醛基树脂硬碳材料物性表征
3.3.1 微观形貌分析(SEM)
3.3.2 X射线衍射分析(XRD)
3.3.3 激光拉曼光谱分析(Raman)
3.3.4 高倍透射电子显微镜分析(HR-TEM)
3.3.5 比表面积及孔结构分析
3.3.6 光电子能谱分析(XPS)
3.4 酚醛基树脂硬碳材料储钠性能
3.4.1 循环伏安测试(CV)
3.4.2 恒流充放电测试
3.4.3 恒电流流间歇滴定测试(GITT)
3.4.4 倍率性能测试
3.4.5 循环稳定性测试
3.5 酚醛树脂基硬碳储钠机理探索
3.5.1 不同阶段的容量贡献比较
3.5.2 不同炭化处理的硬碳材料的平均平台电压比较
3.5.3 半电池过度放电放实验
3.5.4 半原位X射线衍射(ex suit XRD)
3.5.5 不同扫速循环伏安测试
3.6 酚醛树脂基硬碳在钠离子电池中的性能研究
3.6.1 钠离子电池电极制备及电池组装
3.6.2 恒流充放电测试
3.6.3 倍率性能测试
3.6.4 循环稳定性测试
3.7 本章小结
第四章 酚醛树脂基活性炭作为超级电容器电极材料性能研究
4.1 引言
4.2 分级孔道结构活性炭材料制备
4.2.1 间苯二酚甲醛树脂合成
4.2.2 前驱体的的碳化与活化
4.3 分级孔道结构活性炭材料物性表征
4.3.1 活性炭材料微观形貌分析(SEM)
4.3.2 活性炭材料X射线衍射分析(XRD)
4.3.3 活性炭材料激光拉曼光谱分析(Raman)
4.3.4 活性炭材料比表面积及孔结构分析
4.3.5 活性炭材料X射线光电子能谱分析(XPS)
4.4 分级孔道结构活性炭材料电化学性能表征
4.4.1 活性炭材料循环伏安测试
4.4.2 活性炭材料交流阻抗测试
4.4.3 活性炭材料电容性能
4.4.4 活性炭材料能量与功率性能
4.4.5 活性炭材料循环性能测试
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
本文编号：3890934
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 钠离子电池简介
1.2.1 钠离子电池工作原理
1.2.2 钠离子电池结构
1.2.3 钠离子电池发展历史与现状
1.3 钠离子正极材料
1.3.1 钠层状金属氧化物
1.3.2 聚阴离子型正极材料
1.3.3 普鲁士蓝型正极材料
1.4 钠离子电池负极材料
1.4.1 合金反应负极材料
1.4.2 金属氧(硫)化物
1.4.3 碳基负极材料
1.5 超级电容器简介
1.5.1 超级电容器原理
1.5.2 超级电容器特点
1.5.3 超级电容器分类
1.5.4 超级电容器结构
1.6 超级电容器电极材料
1.6.1 贵金属氧化物
1.6.2 过渡金属氧化物
1.6.3 碳基电极材料
1.7 选题背景及研究内容
第二章 实验及表征方法
2.1 实验原料与实验设备
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验所用仪器设备
2.2 材料物理性质表征方法
2.2.1 热重分析与示差扫描量热法联用(TG-DSC)
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.3 X射线衍射分析(XRD)
2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.5 拉曼光谱分析(Raman)
2.2.6 比表面积及孔结构分析
2.2.7 透射电子显微镜(HTEM)
2.3 材料电化学性质表征方法
2.3.1 工作电极制备及电化学测试器件组装
2.3.2 电化学表征方法
第三章 酚醛树脂基硬碳储钠性能研究
3.1 引言
3.2 酚醛树脂基硬碳材料的制备
3.2.1 前驱体选择
3.2.2 间苯二酚甲醛树脂制备
3.2.3 间苯二酚甲醛树脂TG-DSC分析
3.2.4 酚醛树脂基硬碳材料的制备
3.3 酚醛基树脂硬碳材料物性表征
3.3.1 微观形貌分析(SEM)
3.3.2 X射线衍射分析(XRD)
3.3.3 激光拉曼光谱分析(Raman)
3.3.4 高倍透射电子显微镜分析(HR-TEM)
3.3.5 比表面积及孔结构分析
3.3.6 光电子能谱分析(XPS)
3.4 酚醛基树脂硬碳材料储钠性能
3.4.1 循环伏安测试(CV)
3.4.2 恒流充放电测试
3.4.3 恒电流流间歇滴定测试(GITT)
3.4.4 倍率性能测试
3.4.5 循环稳定性测试
3.5 酚醛树脂基硬碳储钠机理探索
3.5.1 不同阶段的容量贡献比较
3.5.2 不同炭化处理的硬碳材料的平均平台电压比较
3.5.3 半电池过度放电放实验
3.5.4 半原位X射线衍射(ex suit XRD)
3.5.5 不同扫速循环伏安测试
3.6 酚醛树脂基硬碳在钠离子电池中的性能研究
3.6.1 钠离子电池电极制备及电池组装
3.6.2 恒流充放电测试
3.6.3 倍率性能测试
3.6.4 循环稳定性测试
3.7 本章小结
第四章 酚醛树脂基活性炭作为超级电容器电极材料性能研究
4.1 引言
4.2 分级孔道结构活性炭材料制备
4.2.1 间苯二酚甲醛树脂合成
4.2.2 前驱体的的碳化与活化
4.3 分级孔道结构活性炭材料物性表征
4.3.1 活性炭材料微观形貌分析(SEM)
4.3.2 活性炭材料X射线衍射分析(XRD)
4.3.3 活性炭材料激光拉曼光谱分析(Raman)
4.3.4 活性炭材料比表面积及孔结构分析
4.3.5 活性炭材料X射线光电子能谱分析(XPS)
4.4 分级孔道结构活性炭材料电化学性能表征
4.4.1 活性炭材料循环伏安测试
4.4.2 活性炭材料交流阻抗测试
4.4.3 活性炭材料电容性能
4.4.4 活性炭材料能量与功率性能
4.4.5 活性炭材料循环性能测试
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
本文编号：3890934
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