【摘要】：多壁碳納米管因其獨(dú)特的納米一維管狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)良導(dǎo)電性,當(dāng)應(yīng)用于電極時(shí)可以有效提高電池和電容器的性能。本文采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法合成多壁碳納米管(WCNTs),以多壁碳納米管作為鋰離子電容器的負(fù)極,采用內(nèi)部短路方式和穩(wěn)定金屬鋰粉嵌鋰方式對(duì)多壁碳納米管負(fù)極進(jìn)行預(yù)鋰化處理,利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)多壁碳納米管電極極片進(jìn)行表征分析,采用恒流充放電(GCD)和交流阻抗譜(EIS)研究多壁碳納米管負(fù)極鋰離子電容器的性能。主要研究成果如下:1、采用內(nèi)部短路方式對(duì)多壁碳納米管負(fù)極進(jìn)行不同程度的預(yù)鋰化處理,預(yù)鋰化時(shí)間為5、30、60min,以預(yù)鋰化多壁碳納米管極片作為負(fù)極,活性炭極片作為正極,組裝成鋰離子電容器。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,多壁碳納米管負(fù)極預(yù)嵌鋰大幅提高了電容器充放電性能,對(duì)比未嵌鋰多壁碳納米管電容器,在相同的電流密度下(100mA/g),能量密度提高400%。預(yù)嵌鋰60min,電流密度100mA/g時(shí),其比容量達(dá)到57F/g。在電流密度為100m A/g-3200 mA/g范圍內(nèi),其最高能量密度與功率密度分別達(dá)到90Wh/kg、4130W/kg。一千次充放電循環(huán)后,容量保持率維持在85%以上,呈現(xiàn)出優(yōu)良的超級(jí)電容器性能。2、采用內(nèi)部短路方式對(duì)多壁碳納米管/石墨負(fù)極進(jìn)行預(yù)鋰化處理,預(yù)鋰化時(shí)間為60min,以預(yù)鋰化多壁碳納米管/石墨復(fù)合功能材料為負(fù)極,活性炭為正極,組裝成鋰離子電容器。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,添加適量多壁碳納米管能大幅提高電容器充放電性能,當(dāng)負(fù)極碳納米管含量為25%時(shí),其綜合性能最佳,當(dāng)電流密度100mA/g時(shí),其比容量達(dá)到58.2F/g。在電流密度為100mA/g-8000 mA/g范圍內(nèi),其最高能量密度與功率密度分別達(dá)到96Wh/kg和10.1kW/kg。三千次充放電循環(huán)后,容量保持率維持在86%左右,呈現(xiàn)出優(yōu)良的超級(jí)電容器性能。3、以穩(wěn)定金屬鋰粉(SLMP)對(duì)碳納米管負(fù)極做預(yù)鋰化處理,活性炭(AC)作為正極,組裝成鋰離子電容器。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,電流密度為100mA/g時(shí),預(yù)鋰化碳納米管陽(yáng)極鋰離子電容器比電容量大幅提高,達(dá)到65.7 F/g,對(duì)比未嵌鋰碳納米管電容器9.6 F/g,比容量提高700%。電流密度為200mA/g時(shí),預(yù)嵌鋰電容器的比能量與比功率分別為8.5Wh/kg、50.04 Kw/kg,呈現(xiàn)出優(yōu)良的超級(jí)電容器性能。
【圖文】：

圖 1.1 鋰離子電容器工作原理圖Fig.1.1 schematic of working mechanism of lithium-ion capacitors子電容器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)年日本富士重工公開了鋰離子電容器的制造技術(shù)[9]，電容性炭材料，電容器負(fù)極采用多并苯類材料，通過(guò)鋰金屬薄嵌鋰，電容器的容量得到大大的提高。隨后從事相關(guān)領(lǐng)域這種新型的儲(chǔ)能系統(tǒng)，獲得了驕人的科研成果。Meryl D烯作為正極，以鈦酸鋰或石墨作為負(fù)極組裝成鋰離子電容電容器達(dá)到 266 F/g-1，能量密度達(dá)到 53.2Wh/kg-1。A. Br作為正極，以碳包覆氧化鐵納米材料作為負(fù)極，在 2500 任然達(dá)到 50 Wh/kg-1。對(duì)鋰離子電容器的研究，日本走在各國(guó)前面，推動(dòng)了鋰離走向市場(chǎng)，中國(guó)在鋰離子電容器的研究方面還不成熟，但型能源系統(tǒng)，鑒于鋰離子電容器本身優(yōu)異的特征和廣泛的

[26]等以活性炭為正極，預(yù)鋰化石墨為負(fù)極，組裝成表明在 10C 的倍率下 8 小時(shí)的預(yù)鋰化時(shí)間,鋰離子電Schroeder M[27]等利用軟炭作為負(fù)極，活性炭為正極 4.5 A g 1(30C)的電流密度下進(jìn)行充放電測(cè)試，鋰離密度分別達(dá)到 48 Wh kg 1和 9 Kw kg 1。及其在鋰離子電容器中的應(yīng)用管簡(jiǎn)介，是一種一維管狀結(jié)構(gòu)材料，，其主要由呈六邊形排同軸圓管。視管壁層數(shù)的多少可以分為單壁碳納米一般為固定值 0.34nm，碳納米管的管徑一般在幾納長(zhǎng)一般在幾微米到幾十微米范圍(如圖 1.2)。碳納米石墨烯卷曲成管狀而成。由于其特殊的微觀結(jié)構(gòu)，化學(xué)等方面都有良好的性能[28-29]。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1;TM53

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 張雙虎;遲彩霞;張盛武;;鋰離子電池預(yù)鋰化技術(shù)的最新研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);2015年07期

2 孫曉剛,曾效舒;碳納米管的制備方法及工藝特點(diǎn)[J];世界有色金屬;2002年12期

本文編號(hào)：2683379