本文關(guān)鍵詞：碳納米管海綿納米復(fù)合材料的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用

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【摘要】：超級電容器依靠較大的比電容可存儲大量電荷,再加上其功率密度高,循環(huán)壽命長等優(yōu)勢,在電力、電子、航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。作為影響超級電容器性能的關(guān)鍵因素之一,電極材料的性能尤為重要。因此有必要加大對電極材料(尤其是新型材料)的開發(fā)和利用。本文采用三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的碳納米管海綿,對其進(jìn)行一系列的處理之后,直接用作超級電容器的電極,省去了諸如涂布等工藝,這對后續(xù)的應(yīng)用具有重要意義。主要研究工作如下:采用一定比例的混酸對碳納米管海綿的管壁進(jìn)行處理,使之引入一定數(shù)量的官能團(包括-OH、-COOH等)。這樣可提高其親水性,使碳納米管海綿與水系電解液充分浸潤。研究發(fā)現(xiàn)混酸處理過的碳納米管海綿能較好地浸入水系電解液中。經(jīng)過電化學(xué)測試表明碳納米管海綿在混酸處理6小時后的電化學(xué)行為最好,在掃描速率速為1mV/s時比容量達(dá)到68F/g。在此基礎(chǔ)上采用電沉積方法制備了碳納米管海綿-聚苯胺復(fù)合材料,并采用FT-IR,XRD,SEM,TEM等方法表征了其結(jié)構(gòu)。同時通過電化學(xué)技術(shù)(CV、恒電流充放電,交流阻抗等)測試了不同聚苯胺含量的復(fù)合材料的電化學(xué)行為。結(jié)果顯示,組裝成的兩電極體系中,當(dāng)聚苯胺百分含量在63%左右時復(fù)合材料電極的性能最好。在0.5A/g電流密度下比容量為200F/g,升高電流密度至5A/g時比容量還有180F/g。在100mV/s的掃速下循環(huán)10000次后比容量保持75.2%。以此復(fù)合材料組裝不對稱電容器,能量密度達(dá)到15.1Wh/Kg,功率密度達(dá)到1598W/Kg。在電流密度為2A/g下循環(huán)3000次后比容量保持94.3%。同時還制備了碳納米管海綿-氫氧化鎳的復(fù)合材料,并通過XRD,SEM,TEM等方法分析了其微觀結(jié)構(gòu)和通過電化學(xué)技術(shù)(CV,恒電流充放電,交流阻抗等)監(jiān)測了其電化學(xué)行為。測試數(shù)據(jù)說明,當(dāng)氫氧化鎳百分含量為53%附近時復(fù)合材料的性能最佳。在0.5A/g的電流密度時比容量為588.4F/g,在5A/g電流密度時比容量還有400F/g。以50mV/s的掃速循環(huán)10000次后比容量保持94%。
【關(guān)鍵詞】：碳納米管海綿 聚苯胺 氫氧化鎳 超級電容器
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332;TM53
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-25
• 1.1 引言9
• 1.2 超級電容器簡介9-10
• 1.3 超級電容器的工作原理10-12
• 1.3.1 雙電層電容10-11
• 1.3.2 法拉第贗電容11-12
• 1.4 超級電容器的材料12-15
• 1.5 碳納米管15-18
• 1.5.1 碳納米管的制備方法16-17
• 1.5.2 碳納米管的改性17-18
• 1.6 聚苯胺18-19
• 1.6.1 聚苯胺結(jié)構(gòu)18-19
• 1.6.2 聚苯胺的合成19
• 1.7 氫氧化鎳19-22
• 1.7.1 氫氧化鎳的結(jié)構(gòu)19-20
• 1.7.2 氫氧化鎳的合成方法20-22
• 1.8 超級電容器電極材料的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用22-23
• 1.9 本論文的選題意義及研究內(nèi)容23-25
• 第二章 實驗介紹25-30
• 2.1 實驗藥品25
• 2.2 實驗儀器25-26
• 2.3 樣品表征方法26
• 2.3.1 X射線衍射分析測試26
• 2.3.2 比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析測試26
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡26
• 2.4 超級電容器組裝26-27
• 2.5 三電極、兩電極測試體系介紹27-28
• 2.5.1 三電極測試體系27
• 2.5.2 兩電極測試體系27-28
• 2.6 電化學(xué)測試介紹28-30
• 2.6.1 循環(huán)伏安法28-29
• 2.6.2 交流阻抗法29
• 2.6.3 恒電流充放電法29-30
• 第三章 碳納米管海綿作為超級電容器電極材料的研究30-44
• 3.1 引論30
• 3.2 實驗部分30-31
• 3.2.1 CNTs的處理30-31
• 3.2.2 CNTs的結(jié)構(gòu)表征31
• 3.2.3 CNTs的電化學(xué)性能表征31
• 3.3 結(jié)果與討論31-42
• 3.3.1 CNTs的浸潤性分析31-32
• 3.3.2 CNTs的FT-IR分析32-33
• 3.3.3 CNTs的XRD分析33
• 3.3.4 CNTs的Raman分析33-34
• 3.3.5 CNTs的BET分析34-35
• 3.3.6 CNTs的形貌分析35-37
• 3.3.7 碳納米管海綿三電極體系的電化學(xué)表征37-41
• 3.3.8 碳納米管海綿兩電極體系的電化學(xué)表征41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第四章 碳納米管海綿-聚苯胺復(fù)合材料的制備與研究44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 碳納米管海綿-聚苯胺復(fù)合材料的制備44-45
• 4.3 碳納米管海綿-聚苯胺復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征45-47
• 4.3.1 碳納米管海綿-聚苯胺復(fù)合材料的FT-IR分析45-46
• 4.3.2 碳納米管海綿-聚苯胺復(fù)合材料的XRD分析46
• 4.3.3 碳納米管海綿-聚苯胺復(fù)合材料的微觀形貌分析46-47
• 4.4 碳納米管海綿-聚苯胺復(fù)合材料的電化學(xué)性能表征47-54
• 4.4.1 循環(huán)伏安測試47-49
• 4.4.2 恒電流充放電測試49-50
• 4.4.3 交流阻抗測試50
• 4.4.4 循環(huán)壽命測試50-51
• 4.4.5 兩電極測試51-52
• 4.4.6 混合電容器測試52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 碳納米管海綿-氫氧化鎳復(fù)合材料的制備與研究55-62
• 5.1 引言55
• 5.2 碳納米管海綿-氫氧化鎳復(fù)合材料的制備55-56
• 5.3 碳納米管海綿-氫氧化鎳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征56-57
• 5.3.1 碳納米管海綿-氫氧化鎳復(fù)合材料的XRD分析56
• 5.3.2 碳納米管海綿-氫氧化鎳復(fù)合材料的SEM和TEM分析56-57
• 5.4 碳納米管海綿-氫氧化鎳的電化學(xué)表征57-60
• 5.4.1 循環(huán)伏安測試57-58
• 5.4.2 恒電流充放電測試58-59
• 5.4.3 交流阻抗測試59-60
• 5.4.4 循環(huán)壽命測試60
• 5.5 本章小結(jié)60-62
• 第六章 結(jié)論62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻(xiàn)64-70

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