本文關(guān)鍵詞：細(xì)菌纖維素碳納米纖維材料的制備與儲(chǔ)能性能研究

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【摘要】：超級(jí)電容器,又稱為電化學(xué)超級(jí)電容器,是一種介于電化學(xué)電池和電容器之間的新型電化學(xué)儲(chǔ)能電源。超級(jí)電容器具有功率密度高、循環(huán)壽命長、安全性能高等優(yōu)點(diǎn),近年來受到各國科學(xué)家的廣泛關(guān)注。從小到在存儲(chǔ)器、電動(dòng)玩具到大到通信設(shè)備、電動(dòng)汽車電源,甚至航天器大功率啟動(dòng)系統(tǒng),它都具有廣泛的應(yīng)用前景。但目前超級(jí)電容器的一些性能如比電容、大功率放電穩(wěn)定性等離商業(yè)應(yīng)用還有一定的距離。因此如何提高超級(jí)電容器的比電容和放電性能依然是個(gè)重大研究課題。超級(jí)電容器的電容由兩部分組成,即表面雙電層電容和體相贗電容。本文利用椰子水發(fā)酵產(chǎn)生的細(xì)菌纖維素(BC)作為前驅(qū)體,在氮?dú)夥障陆?jīng)程序控溫?zé)崽蓟苽浼?xì)菌纖維素碳納米纖維(BCCNF),并作為提供表面雙電層電容的結(jié)構(gòu)組分,同時(shí)以Keggin型鐵取代雜多酸鹽Cs4PW11O39Fe(III)(H2O)(PW11Fe)作為贗電容組分,采用水熱法制備了PW11Fe/BCCNF復(fù)合材料。制備材料用XRD、Raman、SEM、TEM、BET和元素分析等方法進(jìn)行了表征,并用電化學(xué)方法如循環(huán)伏安、計(jì)時(shí)電量法等研究了它們的充放電性能、比電容和循環(huán)穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,細(xì)菌纖維素碳化后得到的納米纖維碳材料以介孔結(jié)構(gòu)為主,比表面積和比電容值可達(dá)到756.82 m2·g-1和289 F·g-1,且經(jīng)5000次充放電循環(huán)后,其電容值仍然保持80%以上的初始值。但這些碳材料的孔結(jié)構(gòu)、比表面積、石墨化程度、充放電性能及循環(huán)穩(wěn)定性與碳化溫度密切相關(guān),高的碳化溫度(900°C)有利于孔結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定,可獲得高的比表面積和充放電循環(huán)穩(wěn)定性,但石墨化程度比較高,不利于電量的儲(chǔ)存,比電容比較低。低的碳化溫度(700°C)石墨化程度比較低,比電容比較高,但比表面積比較低,孔結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,充放電循環(huán)穩(wěn)定性比較差。另一方面,比電容與選用細(xì)菌纖維素前驅(qū)體的厚度有關(guān),例如厚度為0.4、0.3和0.2 cm的細(xì)菌纖維素碳納米纖維,比電容分別為289、177和169 Fg-1。將PW11Fe用水熱法負(fù)載到0.3 cm厚的細(xì)菌纖維素碳納米纖維以后,所制備的PW11Fe/BCCNF復(fù)合材料,其比電容值為215.3 Fg-1,與177 Fg-1相比明顯提高,且經(jīng)過5000次循環(huán),電容損失值僅為17%,具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：超級(jí)電容器 細(xì)菌纖維素 碳納米纖維 Keggin型雜多酸鹽 復(fù)合電極
【學(xué)位授予單位】：海南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;TM53
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-37
• 1.1 前言12
• 1.2 超級(jí)電容器簡介12-15
• 1.2.1 超級(jí)電容器的分類13
• 1.2.2 超級(jí)電容器的發(fā)展歷程13-14
• 1.2.3 超級(jí)電容器的特點(diǎn)14-15
• 1.2.4 超級(jí)電容器現(xiàn)階段的問題15
• 1.3 超級(jí)電容器電極材料的綜述15-21
• 1.3.1 雙電層電容器電極材料15-18
• 1.3.1.1 活性炭15
• 1.3.1.2 模板碳15-16
• 1.3.1.3 碳化物衍生碳16
• 1.3.1.4 石墨烯16-17
• 1.3.1.5 活性碳纖維17
• 1.3.1.6 雙電層超級(jí)電容器的影響因素17-18
• 1.3.2 贗電容器電極材料18-21
• 1.3.2.1 RuO_218-19
• 1.3.2.2 NiO19-20
• 1.3.2.3 MnO_220-21
• 1.3.2.4 導(dǎo)電聚合物21
• 1.4 論文選題目的、意義和研究內(nèi)容21-24
• 1.4.1 選題目的和意義21-22
• 1.4.2 實(shí)驗(yàn)特色22
• 1.4.3 研究內(nèi)容22-24
• 參考文獻(xiàn)24-37
• 第二章 實(shí)驗(yàn)條件和表征方法37-43
• 2.1 藥品的合成37
• 2.1.1 Keggin型Na7PW_(11)O_(39)的合成37
• 2.1.2 Keggin型Na4PW_(11)O_(39)Fe(III)(H_2O)的合成37
• 2.2 實(shí)驗(yàn)表征方法37-41
• 2.2.1 材料的表征技術(shù)37-39
• 2.2.1.1 紅外光譜儀38
• 2.2.1.2 熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡38
• 2.2.1.3 拉曼光譜儀38
• 2.2.1.4 X-射線衍射儀38
• 2.2.1.5 元素分析儀38-39
• 2.2.1.6 比表面積及孔徑度分析儀39
• 2.2.2 電化學(xué)測量技術(shù)39-41
• 2.2.2.1 循環(huán)伏安39
• 2.2.2.2 恒電流充放電39-41
• 參考文獻(xiàn)41-43
• 第三章 細(xì)菌纖維素碳納米纖維材料的制備與表征43-59
• 3.1 引言43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分43-46
• 3.2.1 試劑與儀器43-46
• 3.2.2 細(xì)菌纖維素多孔碳材料的制備46
• 3.2.3 細(xì)菌纖維素多孔碳電極的制備46
• 3.3 結(jié)果與討論46-54
• 3.3.1 細(xì)菌纖維素碳纖維材料的表征46-50
• 3.3.2 細(xì)菌纖維素碳納米纖維的電化學(xué)性能50-54
• 3.4 小結(jié)54-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 第四章 Cs_4PW_(11)O_(39)Fe(III)(H_2O)/碳納米纖維復(fù)合電極的制備與表征59-71
• 4.1 引言59
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分59-63
• 4.2.1 試劑與儀器59-62
• 4.2.2 Cs_4PW_(11)O_(39)Fe(III)(H_2O)的合成62
• 4.2.3 Cs_4PW_(11)O_(39)Fe(III)(H_2O)/碳納米纖維復(fù)合電極的制備62-63
• 4.3 結(jié)果與討論63-66
• 4.3.1 Cs_4PW_(11)O_(39)Fe(III)(H_2O)/碳納米纖維復(fù)合電極的表征63-64
• 4.3.2 Cs_4PW_(11)O_(39)Fe(III)(H_2O)/碳納米纖維復(fù)合電極電化學(xué)性能64-66
• 4.4 小結(jié)66-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 第五章 總結(jié)與展望71-73
• 5.1 總結(jié)71-72
• 5.2 展望72-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果73-75
• 致謝75-76
• 附件76

【參考文獻(xiàn)】

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