超級電容器作為一種重要的能量存儲器件因為具有超快的充放電速度和超長的循環(huán)壽命等優(yōu)點,以電子電源或電動電源的形式己經被廣泛應用于各個領域。然而,超級電容器的能量密度相對于其他能量存儲設備略顯不足,目前通用的金屬集流體占比較重,使得超級電容器中含有過多過重的不貢獻電化學儲能容量的“多余”部分。針對此問題,本論文主要研究和設計了性能優(yōu)異且不含金屬集流體的柔性自支撐正、負極材料,并組裝、匹配成非對稱水系以及全固態(tài)柔性超級電容器器件,通過增加活性物質比重和工作電壓窗口的辦法得到了高能量密度的超級電容器電極材料和器件。主要的工作和研究成果如下:（1）為了探索高性能柔性超級電容器負極材料,我們通過對碳纖維布在空氣中進行控制退火處理的辦法,制備了高電化學活性的柔性自支撐碳基負極。活化后的碳布在中性Na₂SO₄溶液中展現出寬的電化學儲能電勢窗口、較高的電容容量、以及優(yōu)秀的循環(huán)性能;同時,該柔性碳布纖維在2 M的KOH溶液中也表現出優(yōu)秀的性能。（2）通過高溫水浴的方式成功地使MnO₂均勻生長在了酸處理后的碳納米管（CNT）表面得到MnO

【文章頁數】：157 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景(引言)
    1.2 超級電容器簡介
        1.2.1 超級電容器的結構和組成
        1.2.2 超級電容器的儲能機理及分類
            1.2.2.1 雙電層電容
            1.2.2.2 贗電容
            1.2.2.3 混合型電容
        1.2.3 超級電容器電極材料
            1.2.3.1 碳材料
            1.2.3.2 金屬化合物
            1.2.3.3 導電聚合物
    1.3 柔性超級電容器簡介
        1.3.1 金屬集流體底柔性超級電容器
        1.3.2 碳基柔性超級電容器
    1.4 超級電容器特點及應用
        1.4.1 超級電容器的特點
        1.4.2 超級電容器的應用
    1.5 本論文的選題目的及主要研究內容
第二章 實驗材料與測試方法
    2.1 實驗材料
    2.2 實驗儀器及規(guī)格
    2.3 材料表征
        2.3.1 掃描電子顯微鏡
        2.3.2 透射電子顯微鏡
        2.3.3 X射線衍射儀
        2.3.4 拉曼光譜
        2.3.5 比表面儀
        2.3.6 熱重分析
        2.3.7 X射線光電子能譜
        2.3.8 傅里葉變換紅外光譜儀
    2.4 電化學性能測試及相關計算
        2.4.1 三電極體系樣品的制備
        2.4.2 紐扣電池的裝配
        2.4.3 柔性薄膜電池的裝配
        2.4.4 循環(huán)伏安(CV)
        2.4.5 交流阻抗(EIS)
        2.4.6 恒流充放電測試
        2.4.7 循環(huán)穩(wěn)定性測試
        2.4.8 倍率性能測試
        2.4.9 能量密度和功率密度
第三章 柔性碳布的活化及其性能的研究
    3.1 前言
    3.2 實驗部分
    3.3 結果與討論
        3.3.1 碳纖維布的熱重分析
        3.3.2 碳纖維布在中性環(huán)境下的電化學性能分析
        3.3.3 碳纖維布在堿性環(huán)境下的電化學性能分析
    3.4 本章小結
第四章 柔性δ-MnO_2@CNT/CNT對稱超級電容器的制備及其性能研究
    4.1 前言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 化學氣相沉積法(CVD)制備碳納米管(CNT)
        4.2.2 水浴法制備碳納米管基MnO_2復合物δ-MnO_2@CNT
        4.2.3 制備柔性自支撐電極δ-MnO_2@CNT/CNT以及對稱超級電容器
    4.3 結果與討論
        4.3.1 δ-MnO_2@CNT的物相和形貌表征
        4.3.2 δ-MnO_2@CNT的電化學性能分析
        4.3.3 無金屬集流體的自支撐柔性δ-MnO_2@CNT/CNT薄膜電極及其對稱超級電容器的電化學性能分析
    4.4 本章小結
第五章 柔性NiCo_2O_4@CNT/CNT//ACC非對稱超級電容器的制備及其性能研究
    5.1 前言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 復合物NiCo_2O_4@CNT的制備
        5.2.2 制備柔性自支撐電極NiCo_2O_4@CNT/CNT以及柔性非對稱超級電容器
    5.3 結果與討論
        5.3.1 NiCo_2O_4@CNT的物相和形貌表征
        5.3.2 CNT,NiCo_2O_4,NiCo_2O_4@CNT及其前驅體的熱重分析
        5.3.3 NiCo_2O_4@CNT的電化學性能分析
        5.3.4 無金屬集流體的柔性自支撐NiCo_2O_4@CNT/CNT薄膜電極的電化學性能分析
        5.3.5 柔性自支撐非對稱超級電容器NiCo_2O_4@CNT/CNT//CFC的電化學性能分析
    5.4 本章小結
第六章 NiCo_2S_4超級電容器正極的制備以及非對稱超級電容器的組裝
    6.1 前言
    6.2 實驗部分
        6.2.1 碳納米管基NiCo_2S_4復合物NiCo_2S_4@CNT的制備
        6.2.2 制備柔性自支撐電極NiCo_2S_4@CNT/CNT及柔性非對稱超級電容器
    6.3 結果與討論
        6.3.1 NiCo_2O_4@CNT的物相和形貌表征
        6.3.2 NiCo_2S_4@CNT復合物粉末以及無金屬集流體的柔性自支撐薄膜電極的電化學性能表征
        6.3.3 柔性自支撐非對稱超級電容器NiCo_2S_4@CNT/CNT//ACC的電化學性能分析
    6.4 本章小結
第七章 總結與展望
    7.1 總結
    7.2 展望
參考文獻
攻讀博士學位期間取得的研究成果
致謝
附件


【參考文獻】：
期刊論文
[1]柔性超級電容器電極材料與器件研究進展[J]. 葉星柯,周乾隆,萬中全,賈春陽.  化學通報. 2017(01)
[2]基于碳材料的超級電容器電極材料的研究[J]. 李雪芹,常琳,趙慎龍,郝昌龍,陸晨光,朱以華,唐智勇.  物理化學學報. 2017(01)
[3]柔性電化學儲能器件研究進展[J]. 劉冠偉,張亦弛,慈松,余占清,曾嶸.  儲能科學與技術. 2017(01)
[4]活性碳纖維的應用現狀及建議[J]. 高磊.  合成纖維. 2016(12)
[5]超級電容器的應用[J]. 陳雪丹,陳碩翼,喬志軍,傅冠生,阮殿波.  儲能科學與技術. 2016(06)
[6]超級電容器的應用現狀及發(fā)展趨勢[J]. 王釗,趙智博,關士友.  江蘇科技信息. 2016(27)
[7]非對稱超級電容器負極材料研究進展[J]. 程昕予,于明浩,盧錫洪.  新能源進展. 2016(04)
[8]匹配多孔碳負載π共軛聚合物正負電極材料構建有機非對稱超級電容器[J]. 張濤,王文強,王庚超.  儲能科學與技術. 2016(04)
[9]碳基三維自支撐超級電容器電極材料研究進展[J]. 何水劍,陳衛(wèi).  電化學. 2015(06)
[10]超級電容器及其在新能源領域的應用[J]. 王超,蘇偉,鐘國彬,魏增福,徐凱琪.  廣東電力. 2015(12)

博士論文
[1]新型贗電容材料的制備及其在柔性超級電容器中的應用[D]. 張一洲.南京郵電大學 2016
[2]柔性超級電容器關鍵技術研究[D]. 于一榛.華東師范大學 2017
[3]碳納米材料基全固態(tài)可拉伸超級電容器的設計及性能研究[D]. 于佳立.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[4]基于金屬有機骨架的超級電容器電極材料的制備與性能研究[D]. 張義東.東南大學 2016
[5]碳沉積包覆贗電容納米材料陣列制備、生長機理及超級電容器性能的研究[D]. 汪海.華中師范大學 2016
[6]二氧化錳/三維結構石墨烯電極材料制備及電化學性能[D]. 魏冰.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[7]過渡金屬硫化物中空納米結構及其陣列的贗電容特性[D]. 萬厚釗.華中科技大學 2015
[8]3D石墨烯基復合電極柔性超級電容器的設計、制備和組裝[D]. 陳萬軍.蘭州大學 2014
[9]錳/鈷氧化物超級電容電極材料的制備和性能研究[D]. 程爽.蘭州大學 2012
[10]電化學電容器電極材料的制備及其電容性能研究[D]. 樊楨.湖南大學 2008

碩士論文
[1]碳布自支撐電極的制備及電化學性能研究[D]. 高蘇寧.蘇州大學 2016
[2]錳(鉬)氧化物基柔性全固態(tài)超級電容器的設計及性能研究[D]. 吳凌霞.華中師范大學 2015
[3]碳納米管負載鈷、鎳硫化物催化劑電解水析氧的研究[D]. 李鐘平.華南理工大學 2014



本文編號：3675200