【摘要】：時代的發(fā)展需要消耗大量的能源,然而化石燃料的不可再生性和污染性使得開發(fā)出具有快速充放電、綠色環(huán)保和循環(huán)穩(wěn)定性好的新型能源設備顯得尤為重要。超級電容器兼有傳統(tǒng)電容器倍率性能好和電池能量高的優(yōu)點,使得全球各國都對其進行大力研究。電極材料是超級電容器中最重要的元素,所以發(fā)展新的電極材料尤為重要。目前超級電容器的電極材料主要是碳材料和導電聚合物。這兩種電極材料都各自的優(yōu)缺點,當它們單獨用作電極材料時,碳材料具有化學性質穩(wěn)定和循環(huán)穩(wěn)定性好的優(yōu)點,但其比電容過低;導電聚合物雖能大幅提高比電容,但其循環(huán)穩(wěn)定性差,會嚴重影響使用壽命。為了獲得高性能的超級電容器,我們嘗試將碳材料(如石墨烯、泡沫碳)與聚苯胺制備納米復合材料,構建了三種新型超級電容器,具體內容如下:1.石墨烯一體電極簡單、快速的制備及其在超級電容器中的應用:本工作通過電化學活化的方式制備了高度分層的石墨烯一體電極(AG)。采用掃描電鏡、拉曼光譜、傅里葉變換紅外光譜、X射線粉末衍射和X射線光電子能譜等技術和電化學方法來表征AG材料。著重研究了不同電活化時間對該電極電化學性能的影響。在電活化時間為120 s時,AG材料發(fā)生高度分層,且表面形成大量的三維褶皺結構,從而提高AG材料的比表面積以及電化學性能。實驗結果表明,基于AG材料制備的超級電容器在電流密度為0.5 mA cm~(-2),其比電容可達到314mF cm~(-2)。在電流密度為10 mA cm~(-2)時,超級電容器循環(huán)5000圈后,比電容仍能保持為原來的86%,說明制備的超級電容器具有良好的循環(huán)壽命。2.聚苯胺/共價有機框架/石墨烯納米復合材料的制備及其在超級電容器中的應用:首先通過電化學剝離制備具有三維石墨烯結構的一體電極(EG),然后在其表面上負載共價有機框架材料(COF-LZU1)形成COF-LZU1-EG一體電極,最后在其表面經電化學聚合聚苯胺得到PANI-COF-LZU1-EG一體電極,用于構建高性能的超級電容器。采用掃描電鏡、拉曼光譜和X射線光電子能譜等技術對所獲得的材料進行表征。結果表明,COF-LZU1能夠均勻負載在三維石墨烯一體電極上,提高了材料的比表面積。聚苯胺以三維多孔的結構負載在COF-LZU1-EG一體電極上,有利于增加材料的比電容和循環(huán)性能。該電極材料在掃描速率為10 mV s~(-1)時,比電容可高達3748.3 mF cm~(-2),遠遠超過其他基于聚苯胺制備的超級電容器。3.基于聚苯胺/碳納米管/三維多孔碳復合材料的超級電容器的研究:首先將三聚氰胺泡沫浸泡鈷鹽中,然后經高溫碳化得到碳納米管包裹的三維多孔碳框架材料(CNT-CF),進一步負載聚苯胺后獲得PANI-CNT-CF應用于超級電容器。碳納米管包裹在三維多孔碳框架的骨架上,不僅提高了材料的導電性,還為進一步負載聚苯胺提供了支撐,大大提高了PANI-CNT-CF的比電容。實驗結果表明,該電極材料在電流密度為1 mA cm~(-2)時,比電容為1791.4 mF cm~(-2)。在電流密度為3 mA cm~(-2)時,比電容能夠保持在原來的90%以上,說明該材料作為電極材料應用于超級電容器時具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【圖文】：

圖1-1雙電層電容器的工作原理示意圖

贗電容電容器工作原理示意圖
【學位授予單位】：江西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM53;TB332

【參考文獻】

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1 徐鑫;李澤勝;鐘華文;劉志森;;超級電容器用聚苯胺/炭黑復合材料的研究[J];合成材料老化與應用;2015年05期

2 奚瑞;王樹林;李生娟;李來強;姜川;;膨脹石墨/納米氧化鋅/鋅復合電極材料的超級電容器性能[J];功能材料;2015年11期

3 何鐵石;趙龍;劉志成;魏穎;金振興;;石墨烯基超級電容器電極材料研究進展[J];電子元件與材料;2011年12期

4 王興磊;歐陽艷;羅新澤;馬浩亞.艾斯江;賈孝婷;;四氧化三鈷超級電容器電極材料的制備與研究[J];無機鹽工業(yè);2009年09期

5 朱修鋒,王君,景曉燕,張密林;超級電容器電極材料[J];化工新型材料;2002年04期

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本文編號：2653546