超級電容器的性能主要由電極決定,多孔碳材料因其高的比表面積以及發(fā)達的孔隙成為了理想的電極材料候選。多孔碳可由自然界廣泛存在的生物質經熱化學轉化以及后續(xù)活化過程獲取。雖然這一制備路線簡易經濟且日臻成熟,現階段其仍存在能量密度不足的瓶頸。而硼、磷、氮、氧等雜原子摻雜已被證明為一種提升多孔碳電化學性能的有效方式,據此,本文選取了不同生物質并分別通過摻雜劑以及自摻雜的方法在活化過程中對其引入雜原子,從而制備了擁有高能量密度及倍率性能,能穩(wěn)定循環(huán)的多孔碳電極材料,并對它們的電容行為進行了詳細考察:（1）選取了具有一維性質的生物質苧麻纖維為前驅體,氯化鋅為活化劑,硼酸與尿素分別作為硼源與氮源,采用一步法直接制備了硼氮共摻雜多孔碳材料。實驗結果證明相較于單元素摻雜,共摻雜的手段明顯地改善了硼的摻雜情況,從而改善了碳材料的導電性與潤濕性,使得衍生電極在比表面積并不突出(600⁹00 m²g^-1)的情況下依然能擁有高的比電容以及良好的雙電容特性,在三電極系統(tǒng)下,6 M KOH電解液中比電容達到279 F g^-1。而在... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1雙電層電容器示意圖

中北大學論文3釋放出來。這種法拉第類型的電荷存儲現象被稱為贗電容，從而產生了另一類超級電容器——贗電容電容器（Pseudocapacitors）。在機理上它與電池十分類似，不同的是，贗電容儲電的機理與EDLCs一樣都屬于表面現象，它們對表面積的依賴關系是一致的。而其根本機理與EDLC還是有很大的不同，由于EDLC遵循的是純靜電現象，其電荷存儲完全可逆，而在贗電容則不是所有存儲的電荷都能在放電過程中被釋放。即使是最佳可逆組合下的電極材料與電解質，化學反應也不可能達到100%的可逆。這是有源材料不可避免的損耗，隨著循環(huán)次數的增加，最大比電容將減小，影響贗電容的循環(huán)穩(wěn)定性。但贗電容材料包括金屬氧化物/氫氧化物以及導電聚合物一般來說在容量上的表現都要明顯優(yōu)于雙電層電容。以上即為超級電容器的兩種基本儲能原理。為了解決相對低能量密度的挑戰(zhàn)，此領域的一種方法是發(fā)展非對稱超級電容器。如水系對稱系統(tǒng)的電壓一般被限制在約1.2V，而非對稱超級電容器可以充分地利用正負極兩個不同的電位窗口，總體將其擴展到2.0V以上，則正比于電位窗口的平方的能量密度得到提升。一般來說非對稱超級電容器可分為兩類，第一種為帶有兩個不同的電容型電極的系統(tǒng)，第二種被稱為混合電容器，即一個電極基于電容機制儲存電荷而另一個通過電池類型的法拉第法儲存電荷的裝置。電容式非對稱超級電容器充放電特性與對稱型的類似而混合型超級電容器與理想的電容性特征有明顯的偏差。而相同的是，二者均利用負極加速電荷輸運而利用正極提高整體儲電容量。非對稱超級電容器這種配置已成為最近研究的熱點，并很有可能商業(yè)化發(fā)展。綜上，超級電容器的分類歸納于圖1.2中。圖1.2超級電容器的分類Fig1.2Classificationofsupercapacitors

中北大學論文23NPC，不含硼酸及尿素，只通過氯化鋅活化的樣品標記為PC。3.3材料表征結果與分析3.3.1樣品形貌與結構分析所有的樣品采用了相同的活化條件，得到了相似的微觀形貌。圖3.1（b）顯示了BNPC的SEM電子顯微鏡圖像，可以看出與圖3.1（a）中原始苧麻纖維相同分辨率大小下相比較，微觀形貌非常相似，說明了苧麻衍生碳很好地繼承了天然苧麻的一維性質。原始苧麻纖維并沒有多孔的性質以及高的比表面積，不能適用于超級電容器電極，而在經過活化后，高倍率TEM圖像下可以看到所得炭材料上密集的微孔，為電荷儲存的主要場所，即比電容的主要來源。圖3.1（a）原始苧麻纖維的SEM圖像（b）NBPC的SEM圖像（c,d）NBPC的TEM圖像Fig.3.1(a)SEMimageofrawramiefibre(b)SEMimageofNBPC(c，d)TEMimageofNBPC所制備的苧麻衍生碳除了固有的大表面積以及熱穩(wěn)定性外，其一維性質將在制備過程中以及后續(xù)它對應的電極材料提供一系列的優(yōu)點。首先，作為天然生物質材料，苧麻


本文編號：3400555