目前,超級(jí)電容器存在的主要問題是其能量密度過低,不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。因此,如何在提高超級(jí)電容器能量密度的同時(shí)不犧牲其功率密度和循環(huán)壽命,是當(dāng)前亟需解決的問題。本論文首先以提高電極材料的比容量為目標(biāo),通過孔結(jié)構(gòu)和形貌調(diào)控實(shí)現(xiàn)電極材料性能的最優(yōu)化,制備了高比容量的含氮多孔碳材料、Mn₃O₄納米晶和Mn₃O₄納米晶/多孔碳復(fù)合材料;然后,以獲得高工作電位窗口為目標(biāo),分別以Mn₃O₄納米晶/多孔碳復(fù)合材料和多孔碳為正極和負(fù)極材料,構(gòu)建了具有高工作電位窗口的水系非對(duì)稱超級(jí)電容器。主要研究內(nèi)容如下:以低成本的胡蘿卜為原料,采用快速微波碳化制備了具有多孔結(jié)構(gòu)的含氮生物質(zhì)碳。ZnCl₂在微波碳化中起到了微波吸收劑、活化劑和致孔劑的作用。通過改變胡蘿卜/ZnCl₂的質(zhì)量比,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)碳材料孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控。得到的含氮生物質(zhì)碳的比表面積可達(dá)1899 m~2 g^-1,孔體積為1.16 cm~3 g^-1<... 

【文章頁數(shù)】：162 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 超級(jí)電容器概述
        1.2.1 超級(jí)電容器的類型
        1.2.2 超級(jí)電容器的工作原理
        1.2.3 超級(jí)電容器的電極材料
    1.3 含氮多孔碳電極材料的研究進(jìn)展
        1.3.1 微波碳化法制備含氮多孔碳材料
        1.3.2 含氮多孔碳的孔結(jié)構(gòu)調(diào)控
        1.3.3 含氮多孔碳的超級(jí)電容器性能與孔結(jié)構(gòu)的關(guān)系
    1.4 Mn_3O_4 納米晶電極材料的研究進(jìn)展
        1.4.1 Mn_3O_4 納米晶的形貌調(diào)控
        1.4.2 Mn_3O_4 納米晶的超級(jí)電容器性能與形貌的關(guān)系
    1.5 Mn_3O_4/多孔碳復(fù)合電極材料的研究進(jìn)展
        1.5.1 Mn_3O_4/多孔碳復(fù)合材料的孔結(jié)構(gòu)調(diào)控
        1.5.2 Mn_3O_4/多孔碳復(fù)合材料的超級(jí)電容器性能與孔結(jié)構(gòu)的關(guān)系
    1.6 超級(jí)電容器電極材料研究中存在的問題
    1.7 本文的研究內(nèi)容
第2章 材料合成及其研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 材料制備
        2.2.1 微波碳化制備含氮多孔生物質(zhì)碳
        2.2.2 微波碳化制備高氮含量的含氮多孔碳
        2.2.3 不同形貌Mn_3O_4 納米晶的制備
        2.2.4 Mn_3O_4/多孔碳復(fù)合材料的制備
    2.3 材料的結(jié)構(gòu)和形貌表征
        2.3.1 X射線衍射分析
        2.3.2 拉曼光譜分析
        2.3.3 X射線光電子能譜分析
        2.3.4 掃描電子顯微鏡分析
        2.3.5 透射電子顯微鏡分析
        2.3.6 比表面積和孔徑分析
        2.3.7 元素分析
        2.3.8 紅外光譜分析
        2.3.9 熱重分析
    2.4 電極的制備及超級(jí)電容器的組裝
        2.4.1 電極的制備
        2.4.2 超級(jí)電容器的組裝
    2.5 超級(jí)電容器性能測試
        2.5.1 測試裝置
        2.5.2 循環(huán)伏安測試
        2.5.3 恒流充放電測試
        2.5.4 能量密度和功率密度
        2.5.5 電化學(xué)交流阻抗測試
第3章 微波碳化制備的含氮多孔生物質(zhì)碳及其超級(jí)電容器性能
    3.1 引言
    3.2 生物質(zhì)的微波碳化
        3.2.1 微波碳化理論
        3.2.2 微波碳化合成BNPCs
    3.3 BNPCs的物相、孔結(jié)構(gòu)調(diào)控和化學(xué)組成
        3.3.1 BNPCs的物相組成
        3.3.2 BNPCs的孔結(jié)構(gòu)調(diào)控
        3.3.3 BNPCs的化學(xué)組成
    3.4 BNPCs的超級(jí)電容器性能研究
        3.4.1 三電極體系中BNPCs的超級(jí)電容器性能
        3.4.2 基于BNPC-10 構(gòu)建兩電極對(duì)稱超級(jí)電容器的性能
    3.5 本章小結(jié)
第4章 微波碳化制備的高氮含量的含氮多孔碳及其超級(jí)電容器性能
    4.1 引言
    4.2 殼聚糖水凝膠微波碳化研究
        4.2.1 微波碳化中ZnCl_2 的作用
        4.2.2 微波碳化的致孔機(jī)制
    4.3 NPCs的物相、孔結(jié)構(gòu)調(diào)控和化學(xué)組成
        4.3.1 NPCs的物相組成
        4.3.2 NPCs的孔結(jié)構(gòu)調(diào)控
        4.3.3 NPCs的化學(xué)組成
    4.4 NPCs的超級(jí)電容器性能研究
        4.4.1 三電極體系中NPCs的超級(jí)電容器性能
        4.4.2 基于NPC-2.0 構(gòu)建兩電極對(duì)稱超級(jí)電容器超級(jí)電容器性能
    4.5 本章小結(jié)
第5章 Mn_3O_4納米晶的形貌調(diào)控及其超級(jí)電容器性能
    5.1 引言
    5.2 Mn_3O_4 納米晶的形貌調(diào)控研究
        5.2.1 Mn_3O_4 納米晶的形貌調(diào)控理論
        5.2.2 Mn_3O_4 納米晶的形貌調(diào)控的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.3 Mn_3O_4 納米晶的結(jié)構(gòu)研究
        5.3.1 Mn_3O_4 納米晶的晶體結(jié)構(gòu)
        5.3.2 Mn_3O_4 納米晶的化學(xué)結(jié)構(gòu)
    5.4 Mn_3O_4 納米晶的超級(jí)電容器性能研究
        5.4.1 Mn_3O_4 納米晶的比容量及倍率性能
        5.4.2 Mn_3O_4 納米晶的循環(huán)穩(wěn)定性
    5.5 本章小結(jié)
第6章 基于Mn_3O_4/多孔碳復(fù)合材料構(gòu)建的非對(duì)稱超級(jí)電容器的性能
    6.1 引言
    6.2 Mn_3O_4/NPC復(fù)合材料的合成研究
    6.3 Mn_3O_4/NPC復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與組成特征
        6.3.1 Mn_3O_4/NPC復(fù)合材料的形貌
        6.3.2 Mn_3O_4/NPC復(fù)合材料的孔結(jié)構(gòu)調(diào)控
        6.3.3 Mn_3O_4/NPC復(fù)合材料的化學(xué)組成
    6.4 Mn_3O_4/NPC復(fù)合材料的超級(jí)電容器性能研究
        6.4.1 三電極體系中Mn_3O_4/NPC復(fù)合材料的超級(jí)電容器性能
        6.4.2 Mn_3O_4/NPC-32%||NPC非對(duì)稱超級(jí)電容器正負(fù)極的匹配性
        6.4.3 Mn_3O_4/NPC-32%||NPC非對(duì)稱超級(jí)電容器的性能
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個(gè)人簡歷


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]活性炭活化機(jī)理與再生研究進(jìn)展[J]. 司崇殿,郭慶杰.  中國粉體技術(shù). 2008(05)
[2]氯化鋅法制造活性炭的機(jī)理探討[J]. 鄧先崙.  林化科技通訊. 1987(01)



本文編號(hào)：3709082