超級電容器作為一種新型環(huán)境有好的儲能裝置,具有功率密度高,循環(huán)壽命長,倍率性能優(yōu)的特點,在儲能領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景,但其雙電層儲能特性使超級電容器面臨能量密度低的問題。如何在保持高功率密度的同時提高超級電容器的能量密度是當前該研究領(lǐng)域的一個關(guān)鍵科學(xué)問題。電極材料是超級電容器的核心組成部分,性質(zhì)決定了其電荷存儲能力。在雙電層電容器電極材料中,多孔炭材料由于具有比表面積大、孔道結(jié)構(gòu)豐富、表面化學(xué)易調(diào)控、導(dǎo)電性好等優(yōu)點,是超級電容器商業(yè)化最早也是應(yīng)用最廣泛的電極材料。要提高雙電層電容器的能量密度,目前的研究重點之一就是提高多孔炭的比電容�；诖�,本論文以實現(xiàn)炭材料的高效儲能為目標,從材料結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā),發(fā)展孔道創(chuàng)制和材料復(fù)合新方法,并研究了材料的微觀結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能間的構(gòu)效關(guān)系。揭示了材料微觀結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)調(diào)控對超級電容器儲能行為的影響規(guī)律,為構(gòu)筑高能量密度、高功率密度超級電容器提供科學(xué)依據(jù)。主要內(nèi)容和結(jié)果如下:（1）利用金屬鋅沸點低、易揮發(fā)的性質(zhì),提出一種從氨基酸鋅配合物一步合成氮摻雜微孔炭的方法。L-谷氨酸是一種新型的含氮炭源,含有羧基、氨基等官能團,能與Zn2+配位使鋅物種高度分散在... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．４（ａ）歸一化比表面積比電容與材料平均孔徑之間的關(guān)系；圖（ｂ－ｄ）示意表明孔道??中的溶劑化電解液離子與相鄰孔壁之間的距離為大于２?ｎｍ（ｂ）、在１－２?ｎｍ之間（ｃ）及小??于１?ｎｍ（ｄ）時的電荷存儲行為［１３］??

為進一步研宄多孔炭材料比電容與微孔尺寸間的對應(yīng)關(guān)系，德國德雷塞爾大學(xué)的??Ｃｈｍｉｏｌａ等［１３］以ＴｉＣ、Ｂ４Ｃ、Ｔｉ２ＡｌＣ為前驅(qū)體，通過氯化方法合成系列碳化物衍生炭，??其平均孔徑在０．６－２．２５?ｎｍ之間。圖１．４顯示在１．５?Ｍ?ＴＥＡＢＦ４乙腈電解液中所制備材料??單位比表面積比電容與孔徑之間的關(guān)系。由圖可知，當孔徑大于ｌｎｍ，比電容值與孔徑??呈正相關(guān)，而在孔徑小于１?ｎｍ條件下，比電容隨孔徑的減小顯著增大，且孔徑在０．７５?ｎｍ??時，比電容達到峰值。該孔徑剛好與脫溶劑化ＴＥＡ＋的大小一致（０．７４?ｒｎｎ）。由此得出??如下結(jié)論：溶劑化電解液離子在進入孔徑小于１?ｎｍ的孔道中之前會發(fā)生去溶劑化。材??料孔徑與脫溶劑化電解液離子相近時，比電容值達到最高�；趫D１．４顯示的實驗結(jié)果，??作者進一步根據(jù)孔徑大小不同將圖１．４劃分成三個區(qū)域，并相應(yīng)提出了三種離子儲存模??型。在Ｉ區(qū)，孔徑大于兩個溶劑化電解液離子直徑，兩側(cè)孔壁均可吸附溶劑化離子形成??緊密雙電層。在此區(qū)域內(nèi)可忽略擴散雙電層的影響，微孔雙電層的比電容變化不明顯。??在ＩＩ區(qū)

孔結(jié)構(gòu)單一，為高度有序介孔，且外表面能與電解液充分接觸，是研宄電容與介孔孔徑??大小關(guān)聯(lián)規(guī)律的理想材料。研究結(jié)果表明當中孔寬度約為溶劑化離子直徑的２．５？３倍時，??電容達到峰值（圖１．６）。規(guī)則有序的孔道有效減小了電解液離子傳輸?shù)淖枇�，提高�??－９?－??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]炭及其復(fù)合材料的制備與電化學(xué)儲能應(yīng)用研究[D]. 鄧江.浙江大學(xué) 2018
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[4]多級孔道炭材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D]. 郭德才.大連理工大學(xué) 2014
[5]多級孔碳基材料及其在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用[D]. 周丹丹.復(fù)旦大學(xué) 2013
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本文編號：3577820