多級(jí)孔碳材料作為當(dāng)前的研究熱點(diǎn),其原料來源廣泛,制備方法多樣化,具有優(yōu)異的光、熱、磁、電等性能,在眾多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本論文選取不同聚合物作為碳源,通過不同的方法制備出不同形貌的多級(jí)孔碳材料,并探究其作為電極材料在超級(jí)電容器電化學(xué)儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。1.采用廢舊塑料聚丙烯（PP）作為碳源,添加一定比例的硫（S）和二茂鐵（Fe（C₅H₅）₂）,在高溫密閉條件下制備出S摻雜花狀碳納米片,并通過調(diào)節(jié)碳與KOH比例對(duì)碳納米材料進(jìn)行高溫活化處理得到多孔結(jié)構(gòu)。經(jīng)過測(cè)試表征后,確定碳和KOH質(zhì)量比1:6作為最佳碳?jí)A活化比例,使材料比表面積高達(dá)1922 m²/g,孔體積為2.805cm³/g,在1 A/g電流密度下質(zhì)量比電容為233.7 F/g,表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能。2.采用廢舊塑料瓶（PET）作為碳源,氧化鎂/乙酰丙酮鈷（Mg O/Co（C₅H₇O₂）₃）作為組合催化劑,在高溫密閉條件下進(jìn)行碳化,制... 

【文章來源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

010年中國(guó)的石油儲(chǔ)備量與其他發(fā)達(dá)國(guó)家的對(duì)比（圖片來源：美國(guó)能源信息署）

第1章緒論2根據(jù)超級(jí)電容器的工作原理考慮，電極材料對(duì)于超級(jí)電容器的電容儲(chǔ)量具有決定性影響。目前，超級(jí)電容器電極材料的研究熱點(diǎn)主要有碳材料、導(dǎo)電聚合物以及金屬氧化物三大類[3]，但是不同的電極材料具有各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)。碳材料雖然碳前驅(qū)體來源廣泛，有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但是常用的碳材料例如活性炭導(dǎo)電性一般[4]，導(dǎo)致比電容表現(xiàn)不突出。金屬氧化物以釕為代表[5]，雖然具備高比容量但昂貴的價(jià)格限制了它的廣泛使用。導(dǎo)電聚合物的成本較低，但是循環(huán)穩(wěn)定性較差[6]。因此，根據(jù)材料的不同特點(diǎn)將其結(jié)合起來，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)缺陷，開發(fā)出成本低廉，比容量高，制備流程簡(jiǎn)單的電極材料對(duì)實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器高性能、高普及率具有重要意義。1.2超級(jí)電容器1.2.1超級(jí)電容器的構(gòu)成超級(jí)電容器依據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理的差別，可以將其劃分為雙電層電容器以及贗電容電容器兩大類。雙電層電容器是通過帶有電荷的正負(fù)離子通過物理作用吸附或脫附在電極材料的雙電層界面上，從而實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)與釋放；而贗電容電容器是通過在電極材料表面的電解質(zhì)離子與電極之間發(fā)生可逆快速的氧化還原反應(yīng)，從而進(jìn)行能量的儲(chǔ)存與釋放[7]。圖1.2圓柱形雙電層電容器示意圖（圖片來源：TDK公司網(wǎng)站）目前，現(xiàn)有的商業(yè)化超級(jí)電容器種類繁復(fù)多樣，但是大多是基于雙電層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如圖1.2是圓柱形雙電層電容器示意圖，分別由電解液、電極、隔膜、集流體以及外殼組成。電極是由電極活性材料涂覆到集流體上構(gòu)成，集流體作為電極活性物質(zhì)的載體，一方面可以增大電解液與電極材料的接觸面積，增多活性位點(diǎn)；另一方面可以起到集結(jié)電荷的作用。而電極活性材料是電容器電容性能的關(guān)鍵，通常電極活性材料需要具備有較大的比表面積，適宜的孔徑分布，以及優(yōu)良的導(dǎo)電性。目前常用的電極活

第1章緒論3性材料有碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物，其中碳材料由于具有價(jià)格低廉以及穩(wěn)定性好等特點(diǎn)相較于另外兩種更為常用。電解液是超級(jí)電容器的重要組成之一，是由電解質(zhì)、溶劑和添加劑構(gòu)成。超級(jí)電容器的電解液主要分為液體和固體兩種，其中液體有水系如KOH溶液、非水系EMITFSI等，而固體電解質(zhì)有LITFSI/PEO。電解液的選擇一般遵循以下原則：溶劑化陰離子極化率高、電導(dǎo)率高、分解電壓高、不與集流體發(fā)生反應(yīng)等等，選擇合適的電解質(zhì)有利于離子傳導(dǎo)，進(jìn)而影響超級(jí)電容器的性能。隔膜的作用是避免兩個(gè)電極片接觸發(fā)生短路而將兩個(gè)電極片隔離開，常選用電阻小化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的聚丙烯膜、尼龍膜等隔膜。1.2.2超級(jí)電容器的工作原理根據(jù)超級(jí)電容器不同的儲(chǔ)能原理，可以將其劃分為雙電層電容器和贗電容電容器兩大類[8]。如圖1.3為雙電層電容器的工作原理圖，在沒有外加電源時(shí)，兩個(gè)電極的電位都是φ0，電解質(zhì)中的正負(fù)離子分散在電解質(zhì)內(nèi)部。當(dāng)有外加電源進(jìn)行充電時(shí)，電解質(zhì)中的正負(fù)離子分別吸附到負(fù)極和正極上，則正極上的電極電位升高至φ0+φ1，而負(fù)極上的電極電位降低至φ0-φ1，通過這個(gè)過程完成雙電層電容器的充電。在放電時(shí)，雙電層電極上的電子通過外電路從負(fù)極流到正極，兩個(gè)電極上的電位都變成φ0，正負(fù)離子脫離負(fù)極和正極回到電解質(zhì)內(nèi)部[9]。圖1.3雙電層電容器原理圖[10]雙電層電容器的單電極電容量可表示為S（1.1）

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]高比能量電化學(xué)電容器的研究[D]. 王永剛.復(fù)旦大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3390781