本文關(guān)鍵詞：柔性超級(jí)電容器電極的制備與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超級(jí)電容器具有安全無污染、電容量大、功率密度高、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬等特點(diǎn),是一種新型的能量儲(chǔ)存設(shè)備。超級(jí)電容器的性能主要由電極的性能來決定�，F(xiàn)在主要的電極材料有碳材料(碳納米管、石墨烯、碳?xì)饽z等)、金屬氧化物(二氧化錳、二氧化鈦、五氧化二釩等)以及導(dǎo)電聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等)。本論文以生物質(zhì)纖維素為原材料,采用化學(xué)機(jī)械相結(jié)合制備纖維素納米纖維,然后以碳納米管、石墨烯和聚苯胺作為超級(jí)電容器電極基體材料,通過不同的復(fù)合工藝制備復(fù)合電極材料,并通過FE-SEM、FTIR、RAMAN、XRD以及電化學(xué)工作站等表征測試技術(shù),對復(fù)合電極的表面形貌及電化學(xué)性能進(jìn)行分析和研究。具體研究內(nèi)容如下:1、將纖維素原材料通過化學(xué)預(yù)處理和一步研磨法處理,制備得到了纖維素納米纖維(CNFs),并對研磨液進(jìn)行超聲處理,真空泵抽濾得到CNFs薄膜,并對其進(jìn)行測試表征。研究表明:經(jīng)過超聲處理后,纖維的直徑分布更加均勻,多分布在10~30nm,纖維素納米纖維薄膜的透光率可以達(dá)到87.5%,拉伸強(qiáng)度從68.03MPa(研磨液制備的薄膜)提升到了109MPa。2、將不同質(zhì)量比的碳納米管和纖維素納米纖維超聲混合,經(jīng)真空抽濾制備得到兩者的復(fù)合薄膜,干燥后得到纖維素納米纖維/碳納米管復(fù)合電極,并對纖維素納米纖維/碳納米管電極進(jìn)行相關(guān)性能的測試和表征。研究表明:兩者相互交叉纏繞,對兩者的分散性都起到了增強(qiáng)作用,兩者質(zhì)量比為1:1時(shí),兩者的結(jié)合性能最佳,電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn),纖維素納米纖維/碳納米管電極在電流密度為0.2A/g時(shí)可以達(dá)到35.9 F/g的比電容量,具有極好的電容性能和循環(huán)穩(wěn)定性,在1A/g的電流密度下進(jìn)行充放電1000次,比電容量可以保留96.8%。3、以鹽酸為摻雜酸,過硫酸銨用作引發(fā)劑,采用不同的反應(yīng)時(shí)間原位聚合制備得到導(dǎo)電聚苯胺,將聚苯胺與纖維素納米纖維采用層層自組裝的方式制備得到纖維素納米纖維/聚苯胺復(fù)合電極,并對纖維素納米纖維/聚苯胺電極進(jìn)行相關(guān)性能的測試和表征。研究表明:聚苯胺的聚合時(shí)間為6小時(shí)導(dǎo)電率最好,電化學(xué)測試表明,纖維素納米纖維/聚苯胺電極具有較高的比電容量,在0.2A/g的電流密度下,比電容量可以達(dá)到254.7 F/g的比電容量,電荷轉(zhuǎn)移的內(nèi)阻偏大,比電容量在1A/g電流密度下充放電1000次后,僅僅保留了57.6%。4、首先將纖維素納米纖維/碳納米管復(fù)合膜浸泡在苯胺的酸溶液中,然后滴加過硫酸銨的酸溶液引發(fā)聚合,將聚苯胺聚合到纖維素納米纖維/碳納米管復(fù)合膜的表面及內(nèi)部,制備得到柔性可折疊的纖維素納米纖維/碳納米管/聚苯胺復(fù)合電極,并對纖維素納米纖維/碳納米管/聚苯胺電極進(jìn)行相關(guān)性能的測試和表征。研究表明:纖維素納米纖維/碳納米管/聚苯胺電極既具有碳納米管極好的循環(huán)穩(wěn)定性,又具備聚苯胺優(yōu)異的贗電容性質(zhì),使得纖維素納米纖維/碳納米管/聚苯胺電極在0.2A/g的電流密度下,比電容量可以達(dá)到216.0F/g,在電流密度為1A/g的條件下充放電1000次,比電容保留率為81.7%,可以作為柔性可折疊超級(jí)電容器的電極材料。5、將纖維素納米纖維和碳納米管超聲混合得到混合液,在混合液中原位聚合聚苯胺,將聚苯胺包覆在纖維素納米纖維和碳納米管的表面,然后采用冷凍干燥的方法得到纖維素納米纖維/碳納米管/聚苯胺氣凝膠,隨后將氣凝膠冷壓便得到纖維素納米纖維/碳納米管/聚苯胺氣凝膠薄膜電極,對纖維素納米纖維/碳納米管/聚苯胺氣凝膠薄膜電極進(jìn)行相關(guān)性能的測試和表征。研究表明:纖維素納米纖維/碳納米管/聚苯胺氣凝膠薄膜電極由于其固有的質(zhì)輕多孔的特性,大大提高了電解液的擴(kuò)散和吸收,使得電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻很小,并且具有較高的比電容量,在0.2A/g的電流密度下可以達(dá)到791F/g,另外,纖維素納米纖維/碳納米管/聚苯胺氣凝膠薄膜電極的穩(wěn)定性也很好,在4A/g的高電流密度下充放電3000次,比電容量保留初始比電容量的82%以上,是高容量超級(jí)電容器的理想電極材料。6、采用層層自組裝的方法制備薄膜電極,在過程中將平面結(jié)構(gòu)的石墨烯插層到復(fù)合材料中,制備得到纖維素納米纖維/碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合電極材料,并對纖維素納米纖維/碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合電極進(jìn)行相關(guān)性能的測試和表征。研究表明:由于石墨烯的插層效果,使得復(fù)合電極材料的層結(jié)構(gòu)較為疏松,減小了薄膜電極的內(nèi)阻,由于石墨烯優(yōu)異的穩(wěn)定性,復(fù)合電極的循環(huán)穩(wěn)定性得到大大的提高,循環(huán)1000次后比電容量依然保持在原始比電容量的94.3%以上,并且在0.2A/g的電流密度下可以達(dá)到623.1F/g的比電容量。
【關(guān)鍵詞】：纖維素納米纖維 碳納米管 聚苯胺 石墨烯 超級(jí)電容器
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;TM53
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 緒論14-30
• 1.1 超級(jí)電容器的概述14-16
• 1.1.1 超級(jí)電容器的簡介14-15
• 1.1.2 超級(jí)電容器的原理15
• 1.1.3 超級(jí)電容器的特點(diǎn)及應(yīng)用15-16
• 1.2 纖維素納米纖維的概述16-19
• 1.2.1 纖維素納米纖維的簡介16-17
• 1.2.2 CNFs的制備方法17-18
• 1.2.2.1 酶解法17
• 1.2.2.2 酸水解法17
• 1.2.2.3 機(jī)械法17-18
• 1.2.2.4 生物法18
• 1.2.3 CNFs的應(yīng)用18-19
• 1.2.3.1 造紙工業(yè)18
• 1.2.3.2 醫(yī)藥工業(yè)18
• 1.2.3.3 復(fù)合材料18-19
• 1.2.3.4 柔性導(dǎo)電基板材料19
• 1.3 碳納米管的概述19-22
• 1.3.1 CNTs的性質(zhì)19
• 1.3.2 CNT的制備19-20
• 1.3.2.1 電弧放電法20
• 1.3.2.2 激光燒蝕法20
• 1.3.2.3 化學(xué)氣相沉積法20
• 1.3.3 CNT的應(yīng)用20-22
• 1.3.3.1 鋰離子電池電極材料20
• 1.3.3.2 超級(jí)電容器電極材料20-21
• 1.3.3.3 納米電子器件21
• 1.3.3.4 復(fù)合增強(qiáng)材料21
• 1.3.3.5 儲(chǔ)氫材料21
• 1.3.3.6 催化劑材料21
• 1.3.3.7 特殊吸附材料21
• 1.3.3.8 吸波材料21-22
• 1.4 聚苯胺的概述22-23
• 1.4.1 PAN的制備22-23
• 1.4.1.1 電化學(xué)法22
• 1.4.1.2 溶液法22
• 1.4.1.3 微乳液法22
• 1.4.1.4 超聲化學(xué)法22-23
• 1.4.2 PAN的應(yīng)用23
• 1.4.2.1 電極材料23
• 1.4.2.2 用于防靜電23
• 1.4.2.3 用于電磁屏蔽23
• 1.4.2.4 用于防污23
• 1.4.2.5 電致變色元件23
• 1.5 石墨烯的概述23-27
• 1.5.1 石墨烯的制備24
• 1.5.1.1 微機(jī)械剝離法24
• 1.5.1.2 氧化還原法24
• 1.5.1.3 化學(xué)氣相沉積法24
• 1.5.2 石墨烯在超級(jí)電容器方面的應(yīng)用24-27
• 1.6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀27-28
• 1.7 本課題研究的目的和主要內(nèi)容28
• 1.7.1 研究的目的28
• 1.7.2 研究的主要內(nèi)容28
• 1.8 本課題的研究思路和創(chuàng)新點(diǎn)28-30
• 1.8.1 本課題的研究思路28-29
• 1.8.2 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)29-30
• 第二章 纖維素納米纖維的制備與性能分析30-39
• 2.1 引言30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分30-34
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料30
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備30-31
• 2.2.3 纖維素納米纖維的制備31-32
• 2.2.4 纖維素納米纖維薄膜的制備32
• 2.2.5 測試分析方法32-34
• 2.2.5.1 FE-SEM分析32-33
• 2.2.5.2 纖維素納米纖維直徑分析33
• 2.2.5.3 FTIR分析33
• 2.2.5.4 UV分析33
• 2.2.5.5 RAMAN分析33
• 2.2.5.6 XRD分析33
• 2.2.5.7 機(jī)械性能分析33-34
• 2.3 結(jié)果與討論34-38
• 2.3.1 FE-SEM分析34
• 2.3.2 纖維素納米纖維直徑分析34-35
• 2.3.3 FTIR分析35-36
• 2.3.4 UV分析36
• 2.3.5 RAMAN分析36-37
• 2.3.6 XRD分析37-38
• 2.3.7 機(jī)械性能分析38
• 2.4 本章小結(jié)38-39
• 第三章 纖維素納米纖維與碳納米管復(fù)合電極的制備與性能分析39-50
• 3.1 引言39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分39-42
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料39
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備39-40
• 3.2.3 碳納米管的分散40-41
• 3.2.4 纖維素納米纖維/碳納米管復(fù)合電極的制備41
• 3.2.5 測試與分析方法41-42
• 3.2.5.1 電導(dǎo)率分析41
• 3.2.5.2 FE-SEM分析41
• 3.2.5.3 FTIR分析41
• 3.2.5.4 RAMAN分析41
• 3.2.5.5 XRD分析41
• 3.2.5.6 電化學(xué)性能測試41-42
• 3.3 結(jié)果與討論42-49
• 3.3.1 導(dǎo)電率分析42-43
• 3.3.2 SEM分析43-44
• 3.3.3 FTIR分析44-45
• 3.3.4 RAMAN分析45
• 3.3.5 XRD分析45-46
• 3.3.6 電化學(xué)性能分析46-49
• 3.3.6.1 循環(huán)伏安測試47
• 3.3.6.2 恒電流充放電測試47-48
• 3.3.6.3 交流阻抗測試48-49
• 3.3.6.4 循環(huán)穩(wěn)定性測試49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第四章 纖維素納米纖維與聚苯胺復(fù)合電極的制備與性能分析50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分50-53
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料50
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備50-51
• 4.2.3 聚苯胺的制備51
• 4.2.4 纖維素納米纖維/聚苯胺復(fù)合電極的制備51-52
• 4.2.5 測試與分析方法52-53
• 4.2.5.1 電導(dǎo)率分析52
• 4.2.5.2 RAMAN分析52
• 4.2.5.3 XRD分析52
• 4.2.5.4 FE-SEM分析52
• 4.2.5.5 FTIR分析52
• 4.2.5.6 電化學(xué)性能測試52-53
• 4.3 結(jié)果與討論53-59
• 4.3.1 導(dǎo)電率分析53-54
• 4.3.2 RAMAN分析54
• 4.3.3 XRD分析54-55
• 4.3.4 SEM分析55-56
• 4.3.5 FTIR分析56-57
• 4.3.6 電化學(xué)性能分析57-59
• 4.3.6.1 循環(huán)伏安測試57
• 4.3.6.2 恒電流充放電測試57-58
• 4.3.6.3 交流阻抗測試58-59
• 4.3.6.4 循環(huán)穩(wěn)定性測試59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 三元復(fù)合薄膜電極的制備與性能分析60-68
• 5.1 引言60
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分60-62
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)原料60
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備60-61
• 5.2.3 三元復(fù)合薄膜電極的制備61
• 5.2.4 測試與分析方法61-62
• 5.2.4.1 FE-SEM分析61
• 5.2.4.2 FTIR分析61
• 5.2.4.3 電化學(xué)性能測試61-62
• 5.3 結(jié)果與討論62-67
• 5.3.1 SEM分析62-63
• 5.3.2 FTIR分析63-64
• 5.3.3 電化學(xué)性能分析64-67
• 5.3.3.1 循環(huán)伏安測試64
• 5.3.3.2 恒電流充放電測試64-65
• 5.3.3.3 交流阻抗測試65-66
• 5.3.3.4 循環(huán)穩(wěn)定性測試66-67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 第六章 三元復(fù)合氣凝膠電極的制備與性能分析68-78
• 6.1 引言68
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分68-71
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)原料68
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備68-69
• 6.2.3 三元復(fù)合氣凝膠電極的制備69-70
• 6.2.4 測試與分析方法70-71
• 6.2.4.1 FE-SEM分析70
• 6.2.4.2 RAMAN分析70
• 6.2.4.3 XRD分析70
• 6.2.4.4 電化學(xué)性能測試70-71
• 6.3 結(jié)果與討論71-77
• 6.3.1 SEM分析71-72
• 6.3.2 RAMAN分析72-73
• 6.3.3 XRD分析73-74
• 6.3.4 電化學(xué)性能分析74-77
• 6.3.4.1 循環(huán)伏安測試74-75
• 6.3.4.2 恒電流充放電測試75-76
• 6.3.4.3 交流阻抗測試76
• 6.3.4.4 循環(huán)穩(wěn)定性測試76-77
• 6.4 本章小結(jié)77-78
• 第七章 石墨烯插層四元復(fù)合電極的制備與性能分析78-89
• 7.1 引言78
• 7.2 實(shí)驗(yàn)部分78-81
• 7.2.1 實(shí)驗(yàn)原料78
• 7.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備78-79
• 7.2.3 石墨烯的熱還原制備79
• 7.2.4 石墨烯插層四元復(fù)合電極的制備79-80
• 7.2.5 測試與分析方法80-81
• 7.2.5.1 XPS分析80
• 7.2.5.2 RAMAN分析80
• 7.2.5.3 XRD分析80
• 7.2.5.4 FE-SEM分析80
• 7.2.5.5 電化學(xué)性能測試80-81
• 7.3 結(jié)果與討論81-88
• 7.3.1 XPS分析81-82
• 7.3.2 RAMAN分析82-83
• 7.3.3 XRD分析83
• 7.3.4 SEM分析83-84
• 7.3.5 電化學(xué)性能分析84-88
• 7.3.5.1 循環(huán)伏安測試85
• 7.3.5.2 恒電流充放電測試85-86
• 7.3.5.3 交流阻抗測試86-87
• 7.3.5.4 循環(huán)穩(wěn)定性測試87-88
• 7.4 本章小結(jié)88-89
• 第八章 結(jié)論與展望89-91
• 8.1 結(jié)論89-90
• 8.2 不足與展望90-91
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文91-92
• 參考文獻(xiàn)92-105

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳夫山;袁珊珊;;納米纖維素的制備及其應(yīng)用的研究進(jìn)展[J];造紙科學(xué)與技術(shù);2015年06期

2 聶艷艷;孫曉剛;龐志鵬;岳立福;劉珍紅;;碳納米管導(dǎo)電紙超級(jí)電容器[J];現(xiàn)代化工;2015年08期

3 謝師禹;于靖;翟威;李卓;代坤;鄭國強(qiáng);劉春太;;超級(jí)電容器電極材料用導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料研究進(jìn)展[J];工程塑料應(yīng)用;2015年08期

4 郭香;張碩;唐敬玉;鄒小周;唐曉燕;陳琳;洪楓;;紙漿廢料生物煉制細(xì)菌纖維素的研究[J];工業(yè)微生物;2015年01期

5 劉展晴;;聚苯胺制備方法的研究進(jìn)展[J];化學(xué)與生物工程;2015年01期

6 王寶霞;李大綱;;利用廢棄濾紙制備納米纖維素/聚乙烯醇包裝復(fù)合材料[J];包裝工程;2015年01期

7 姚文潤;徐清華;;納米纖維素制備的研究進(jìn)展[J];紙和造紙;2014年11期

8 賈志軍;王俊;王毅;;超級(jí)電容器電極材料的研究進(jìn)展[J];儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù);2014年04期

9 王海瑩;李大綱;;納米纖維素三維網(wǎng)狀增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料的研究[J];塑料工業(yè);2014年04期

10 李志元;李潤明;石家華;;納米聚苯胺及聚苯胺/金復(fù)合材料的制備與表征[J];化學(xué)研究;2014年02期

  本文關(guān)鍵詞：柔性超級(jí)電容器電極的制備與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：258386