發(fā)布時(shí)間：2020-05-19 10:14

【摘要】：超級(jí)電容器以超高的功率密度、超長(zhǎng)的循環(huán)壽命以及快速的充放電速度一直備受人們的關(guān)注。而電極材料是影響超級(jí)電容器性能的最主要的因素,并且得到眾多研究者的高度重視。目前,作為超級(jí)電容器電極材料主要有碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。而碳材料以低成本、良好的導(dǎo)電性、安全環(huán)保等優(yōu)勢(shì)成為研究熱點(diǎn)。便攜式電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展迫切需要體積小但容量大的超級(jí)電容器。球形納米炭黑擁有高的堆積密度,作為電極材料應(yīng)用于小體積超級(jí)電容器具有獨(dú)到優(yōu)勢(shì),但其自身存在比電容偏低的問(wèn)題。為此,本論文以價(jià)格低廉的納米炭黑為研究對(duì)象,力圖通過(guò)對(duì)其表面氧摻雜、孔隙構(gòu)筑以及與其它材料復(fù)合處理等,獲得電化學(xué)性能優(yōu)異的電極材料。本論文的主要工作及結(jié)果如下:以平均粒徑為30 nm的球形炭黑(CB)為對(duì)象,構(gòu)建具有致密結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器電極材料。本文首先采用KOH對(duì)CB進(jìn)行活化處理,然后對(duì)其進(jìn)行氧化摻雜處理得到氧摻雜納米炭黑(DCB),并系統(tǒng)研究分析所制備DCB的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)其電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:納米CB經(jīng)過(guò)氧化摻雜之后,其總的比表面積(從250.15 m~2 g~(-1)降低到234.86 m~2 g~(-1))和孔體積(從0.816 cm~3 g~(-1)減小到0.416 cm~3g~(-1))均有所降低,但在5 mV s~(-1)的掃速下的質(zhì)量比電容卻從11 F g~(-1)(原始CB)提高至233 F g~(-1)。更重要的是,氧摻雜使納米碳球之間的堆積更緊密,DCB的體積比電容達(dá)到253 F cm~(-3)。此外,DCB也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,即使在5000次循環(huán)之后,其比電容仍能保持在92%以上。由于其在規(guī)�；a(chǎn)和低成本方面的優(yōu)勢(shì),氧摻雜的納米炭黑作為高體積比容量超級(jí)電容器電極材料,具有巨大的應(yīng)用潛力。針對(duì)氧摻雜納米炭黑比表面積過(guò)低,無(wú)法為電解液離子提供更多吸附空間的問(wèn)題,本文采用KOH活化結(jié)合插層膨化法對(duì)炭黑進(jìn)行處理,以提高其比表面積,并且分析研究一次膨化與二次膨化處理對(duì)炭黑結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:膨化處理可使納米炭黑比表面積明顯提高,一次膨化的納米炭黑(CBP-1)和二次膨化的納米炭黑(CBP-2)的比表面積分別為996.34 m~2 g~(-1)和1126.51 m~2 g~(-1),均高于原始CB的250.15 m~2 g~(-1),并且材料的總孔體積也有明顯提高。在5 mV s~(-1)的掃速下,CBP-2的比電容為234 F g~(-1),高于CBP-1的比電容(162 F g~(-1)),其原因應(yīng)該與二次膨化比一次膨化可獲得更高的比表面積和發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。同時(shí),CBP-2在10000次循環(huán)之后,其比電容保持率為93.5%,表現(xiàn)出良好的循環(huán)壽命。為制備出性能更優(yōu)異的超級(jí)電容器電極材料,本文將石墨烯納米片(GNP)與CBP-2按不同質(zhì)量比進(jìn)行復(fù)合,制備出CBP-2/GNP復(fù)合材料。結(jié)果表明:CBP-2進(jìn)入GNP層間有效阻止了GNP層間堆疊,從而為電解液離子的快速傳輸提供更多通道。CBP-2/GNP復(fù)合材料在5 mV s~(-1)的掃速下比電容為144 F g~(-1),但其循環(huán)伏安曲線在5 V s~(-1)的高掃速下仍能保持類矩形形狀,表現(xiàn)出優(yōu)異的功率特性。同時(shí),CBP-2/GNP復(fù)合材料在10000次循環(huán)之后,比電容僅衰減1.5%,表明其同時(shí)擁有極佳的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。
【圖文】：

別以金屬氧化物的氧化/還原反應(yīng)為基礎(chǔ)或以有機(jī)半導(dǎo)體離子為基礎(chǔ)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容[39]。贗電的內(nèi)部，也可以產(chǎn)生在材料的外部，故其中存在雙電層的容量要遠(yuǎn)高于雙電層電容器，從幾十到幾百倍不等。在化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致其功率特性和循環(huán)穩(wěn)定性差[40]，限制超級(jí)電容器，研究者致力于提高超級(jí)電容器的能量密度，有效途徑電容器體系，，即其中一個(gè)電極材料用的是活性炭，而另料或電池電極材料，其能量密度是通過(guò)提高電容器的工超級(jí)電容器具有電池和雙電層電容器的特性，因此，其器和法拉第準(zhǔn)電容器[41]。目前，人們把更多的目光放在容器的結(jié)構(gòu)

第 2 章 實(shí)驗(yàn)材料和方法本論文的X射線光電子能譜分析是在Thermo Fisher K-Alpha 型分析儀上進(jìn)行測(cè)試分析的，從 XPS 分析結(jié)果可以知道元素組成、元素的含量以及元素的化學(xué)價(jià)態(tài)等。6、傅里葉紅外光譜（FTIR）分析紅外光譜分析能夠確定分子中的官能團(tuán)等信息。本論文用到的紅外分析儀器是E55＋FRA106 型傅里葉紅外光譜儀，測(cè)試時(shí)其掃描波長(zhǎng)范圍在 400~4000 cm-1之間。7、低溫氮?dú)馕?脫附（BET）分析本論文中 BET 分析是美國(guó)麥克儀器公司生產(chǎn)的型號(hào)為 ASAP 2020 型氣體吸附脫附儀。8、電導(dǎo)率測(cè)試材料的電導(dǎo)率測(cè)試采用的是蘇州晶格電子有限公司生產(chǎn)的 ST-2722 型半導(dǎo)粉末電阻率測(cè)試儀，其測(cè)試樣品為粉末狀，在 5 Mpa 的壓力下把樣品壓成片狀進(jìn)行測(cè)試。2.4.2 材料的電化學(xué)性能測(cè)試
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM53;TB33

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 劉海晶;夏永姚;;混合型超級(jí)電容器的研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2011年Z1期

2 呂進(jìn)玉;林志東;;超級(jí)電容器導(dǎo)電聚合物電極材料的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2007年03期

3 王曉峰,孔祥華,劉慶國(guó),解晶瑩;氧化鎳超電容器的研究[J];電子元件與材料;2000年05期

本文編號(hào)：2670737