在可持續(xù)發(fā)展觀已成為全球性共識的環(huán)境背景下,合理開發(fā)利用生物質(zhì)材料逐漸受到關(guān)注。纖維素,廣泛存在于生物質(zhì)材料細(xì)胞壁中,是自然界中儲存量最多的天然聚合物。利用纖維素進(jìn)行納米化處理后制備出納米纖維素（cellulose nanofiber,CNF）,然后構(gòu)建成具有高導(dǎo)電性、高比表面積和較寬的孔徑分布范圍的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)碳?xì)饽z材料,對于超級電容器電極材料來說是一種很好的選擇。但是由于碳?xì)饽z材料電容性較低,應(yīng)用在超級電容器時能量密度較低,阻礙了碳?xì)饽z材料在超級電容器上的發(fā)展,因此需要對碳材料進(jìn)行改性處理以提高其電容性能。其中,氮元素的摻雜不僅能夠改善碳材料的表面性質(zhì),增強(qiáng)碳材料的潤濕性,還能提高碳材料的導(dǎo)電性,以此來提高碳?xì)饽z材料的電化學(xué)性能。因此,本實(shí)驗(yàn)利用纖維素為原材料,尿素為氮源,通過對纖維素碳材料進(jìn)行氮摻雜處理來獲得一種低成本、高比電容的超級電容器電極材料。實(shí)驗(yàn)過程中表明:（1）以楊木纖維素粉為原材料,通過粉碎研磨處理、高壓均質(zhì)處理等方法來得到不同尺寸的納米纖維素,納米纖維素在不同尺寸下對自組裝性能有著重要的影響。同時,不同處理下得到納米纖維素經(jīng)過高溫碳化后制備的納米纖維素碳?xì)饽?.. 

【文章來源】：中南林業(yè)科技大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

氦元素?fù)诫s在碳材料骨架上的方式

容器（ＥＤＬＣ）?１＆４｜１和贗電＇容器。??１．４．１雙電層超級電容器??雙電層超級電耗器（圖１．３）的儲能機(jī)制是－個｜卩法拉第電流過程，利用電解??液界制與電極材料形成的雙電層來儲存能。雙電層原理是由物理學(xué)家Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ??ｆ?１８８７年發(fā)現(xiàn)的，Ｋ由兩個相對應(yīng)的電荷層構(gòu)成，像傳統(tǒng)電容器的兩個極板一樣，??當(dāng)施加外電壓給超級電容器的雙電極時，汜電荷儲存在正極板丨：，負(fù)電荷儲存在??負(fù)極板上，在電場作用下，電極材料與電解液之間會形成相反的電荷層。充電過??程屮，電解液匯總帶有相反電荷的離子會移動向電極兩段并在電極農(nóng)面緊密排列；??在電容器放電過程中，正負(fù)電荷從兩個電極重Ｍ至電解液中，電子從電極負(fù)極移??至正極。當(dāng)超級電容器放電時，電容器正、負(fù)極板ｈ負(fù)載的電荷在外電路泄放，??而電極板Ｕ電解液界面丨〔的電荷Ｍ逐漸減少。由此能夠說明電極村料的比表面枳??和雙電層電奔器的電容大小有著很大關(guān)系，因此可通過增加電極材料的比表面積??來提高電容器矜Ｍ

?１００?２００?３００?４００?５００?６００??剪切速度／Ｓ＇１??圖２．２溶液Ｇ－１０－１０、Ｇ－３－２０、Ｈ－５和Ｈ－２０的黏度－剪切速率關(guān)系圖??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｔｈｅ?ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ－ｓｈｅａｒ?ｒａｔｅ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆＧ－１０－１０．?Ｇ－３－２０．?Ｈ－５?ａｎｄ?Ｈ－２０?ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ??圖２．３ａ－ｄ是納米纖維素氣凝膠ＡＧ－１０－１０、ＡＧ－３－２０、ＡＨ－５和ＡＨ－２０的光學(xué)照??片圖，從圖中可以看出來氣凝膠的成型情況是不一樣的，經(jīng)過高壓均質(zhì)處理２０次??的ＡＨ－２０氣凝膠成型狀況最好。并且從對應(yīng)的電鏡圖中可以看到，只經(jīng)過研磨處??理的纖維素氣凝膠ＡＧ－１０－１０和ＡＧ－３－２０內(nèi)部幾乎都是片層結(jié)構(gòu)，且尺寸都較大。??但是經(jīng)過５次高壓均質(zhì)處理后的氣凝膠ＡＨ－５內(nèi)部有纖維絲狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，當(dāng)經(jīng)過??２０次高壓均質(zhì)處理后的氣凝膠ＡＨ－２０內(nèi)部呈現(xiàn)大量的纖維絲狀結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成了??三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些纖維的直徑分布在１０－５００ｎｍ之間。??氣凝膠的密度可以通過公式ｐ＝ｍ／ｖ計(jì)算，其中，ｐ、ｍ和ｖ分別代表樣品的密??度、質(zhì)量和體積。經(jīng)過計(jì)算

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]納米纖維素儲能研究進(jìn)展[J]. 卿彥,易佳楠,吳義強(qiáng),吳清林,張振,李蕾.  林業(yè)科學(xué). 2018(03)
[2]納米纖維素基吸附材料[J]. 茹靜,耿璧垚,童聰聰,王海英,吳勝春,劉宏治.  化學(xué)進(jìn)展. 2017(10)
[3]納米纖維素技術(shù)及其在木質(zhì)材料中的應(yīng)用[J]. 盧蕓,孔雪琳.  中國人造板. 2017(09)
[4]氮摻雜碳?xì)饽z電極材料的制備及性能[J]. 劉西川,袁磊,馮灝,付志兵,王朝陽,孫衛(wèi)國,唐永建.  強(qiáng)激光與粒子束. 2012(12)
[5]電吸附除鹽技術(shù)之電極材料研究進(jìn)展[J]. 王鑫,包景嶺,馬建立.  四川環(huán)境. 2010(02)
[6]摻鎳碳?xì)饽z的特性研究[J]. 宓軼捷,沈軍,歐陽玲,韓偉娜,周斌,吳廣明,倪星元,牛錫賢,汪國慶.  材料導(dǎo)報(bào). 2008(S1)
[7]碳?xì)饽z的制備及其電除鹽性能的研究[J]. 薛輝,宓軼捷,羅愛云,沈軍,吳廣明,周斌.  材料導(dǎo)報(bào). 2006(09)
[8]炭氣凝膠負(fù)極材料的制備及研究[J]. 解德濱,沈軍,吳廣明,周斌,韓偉娜.  電池. 2006(04)
[9]活性炭-燒結(jié)復(fù)合鎳鈷超級電容器[J]. 程杰,李曉忠,曹高萍,沈濤,楊裕生.  電池. 2005(03)
[10]超級電容器氧化物電極材料研究進(jìn)展[J]. 林志東,劉黎明,張萬榮.  武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào). 2005(02)

碩士論文
[1]鹽溶液活化木質(zhì)纖維素碳材料及其電容性能研究[D]. 易佳楠.中南林業(yè)科技大學(xué) 2017



本文編號：3403109