本文關(guān)鍵詞：生物質(zhì)碳基超級電容器電極材料制備及性能

  更多相關(guān)文章： 超級電容器 多孔碳 生物質(zhì) 磷/硫摻雜 KOH活化 比容量

【摘要】：超級電容器是處于傳統(tǒng)化學(xué)電池和常規(guī)靜電電容器兩者之間的一種儲能原件,其具備較高的比容量、較大的功率密度、較寬的運(yùn)行溫度范圍、循環(huán)壽命長、可以快速充放電且環(huán)境無污染等特性,現(xiàn)如今在電動(dòng)汽車、能源、化學(xué)電子器件等領(lǐng)域有著非常普遍的應(yīng)用。具有極大比表面積的多孔碳的制作成本較低而且其電化學(xué)性能非常優(yōu)異,近年來逐漸成為了研究人員的廣泛使用的一種用于制備超級電容器電極的材料。生物質(zhì)是來自于大自然可循環(huán)利用可開發(fā)可再生的碳載體。葡萄糖是自然界分布最為廣泛且極為重要的一類單糖。細(xì)菌纖維素是不同菌屬中的微生物本身所行成的天然纖維素,在熱帶地區(qū)產(chǎn)量很大且種類豐富。本文以廉價(jià)的葡萄糖和細(xì)菌纖維素生物質(zhì)材料為原料,通過活化和高溫碳化對其進(jìn)行改性,得到了性能優(yōu)異的多孔碳材料作為超級電容器電極材料并探究了不同摻雜元素和不同碳化溫度對電極材料的影響,主要研究內(nèi)容如下;(1)以葡萄糖為碳前軀體,首先采用溶劑揮發(fā)法首先制備出泡沫狀碳結(jié)構(gòu),然后通過高溫碳化工藝制備了硫／磷摻雜多孔碳材料,探究其中的磷元素和硫元素對多孔碳材料結(jié)構(gòu)和其電化學(xué)性能的影響。在1MH2SO4的電解液中,1Ag-1充放電電流密度下,硫／磷共摻雜多孔碳材料的容量可以達(dá)到180 Fg-1,經(jīng)過10000次循環(huán)容量有輕微的提高；在6M KOH的電解液中,1 Ag"1充放電電流密度下其比容量可以達(dá)到122 Fg-1。在3 Ag-1的電流密度下經(jīng)過1000次循環(huán)之后,其比容量為最初比容量的98.9%,略有衰減。(2)以細(xì)菌纖維素為碳前軀體,通過KOH活化法和高溫碳化法制備出蜂窩狀的多孔碳材料,控制活化溫度為700℃到900℃范圍內(nèi),研究不同的活化溫度處理的細(xì)菌纖維素基碳基材料的表面結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。測試結(jié)果表明：800℃為KOH活化細(xì)菌纖維素基電極材料的最佳溫度,在0.5 Ag-1充放電電流密度下比容量可以達(dá)到310 Fg-1,并且在10 Ag-1的充放電電流密度下,反復(fù)循環(huán)5000次,容量維持在220 Fg-1,循環(huán)穩(wěn)定性良好。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 多孔碳 生物質(zhì) 磷/硫摻雜 KOH活化 比容量
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 符號說明9-16
• 第一章 緒論16-34
• 引言16
• 1.1 生物質(zhì)簡介16-19
• 1.1.1 生物質(zhì)的基本概念16-17
• 1.1.2 生物質(zhì)能17
• 1.1.3 生物質(zhì)碳17
• 1.1.4 生物質(zhì)應(yīng)用17-19
• 1.2 生物質(zhì)碳的制備19-20
• 1.2.1 炭化(高溫)19-20
• 1.2.2 活化20
• 1.3 超級電容器20-24
• 1.3.1 超級電容器的特點(diǎn)21
• 1.3.2 超級電容器的工作原理及分類21-24
• 1.3.2.1 雙電層電容22-23
• 1.3.2.2 贗電容23-24
• 1.3.3 超級電容器的應(yīng)用24
• 1.4 超級電容器的碳材料24-30
• 1.4.1 超級電容器碳材料的分類24-26
• 1.4.1.1 活性碳24-25
• 1.4.1.2 碳納米管(CNTs)25
• 1.4.1.3 模版碳25-26
• 1.4.1.4 其他碳材料26
• 1.4.2 影響碳材料電容性能的因素26-29
• 1.4.2.1 比表面積26
• 1.4.2.2 孔徑分布26-27
• 1.4.2.3 表面官能團(tuán)27-28
• 1.4.2.4 電解質(zhì)溶液28
• 1.4.2.5 電極材料內(nèi)阻28-29
• 1.4.2.6 電極材料的電化學(xué)穩(wěn)定性29
• 1.4.3 雙電層電容器電極材料的研究現(xiàn)狀29-30
• 1.4.4 雜元素?fù)诫s碳基電極材料的研究現(xiàn)狀30
• 1.5 國內(nèi)外生物質(zhì)碳材料研究進(jìn)展30-31
• 1.6 本文的研究目的及研究內(nèi)容31-34
• 1.6.1 研究目的31-32
• 1.6.2 研究內(nèi)容32-34
• 第二章 實(shí)驗(yàn)與方法34-42
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原材料及試劑34-35
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器35-36
• 2.3 電極材料的制備36-37
• 2.3.1 S/P共摻雜葡萄糖基多孔碳材料的制備36
• 2.3.2 KOH活化細(xì)菌纖維素基多孔碳材料的制備36-37
• 2.4 電極材料的結(jié)構(gòu)表征37-39
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡分析37
• 2.4.2 透射電子顯微鏡分析37-38
• 2.4.3 X射線衍射38
• 2.4.4 X射線光電子能譜38
• 2.4.5 拉曼光譜38
• 2.4.6 氮?dú)獾葴匚?/span>38-39
• 2.5 電極制備及電化學(xué)性能的表征39-42
• 2.5.1 電極制備39
• 2.5.2 三電極體系測試39-40
• 2.5.3 電化學(xué)性能測試40-42
• 第三章 S/P共摻雜葡萄糖基多孔碳材料的結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能42-54
• 3.1 S/P共摻雜葡萄糖基多孔碳材料的結(jié)構(gòu)表征42-47
• 3.1.1 SEM表征42-43
• 3.1.2 XRD表征43-44
• 3.1.3 液氮等溫吸附及孔徑分布44-45
• 3.1.4 XPS表征45-47
• 3.2 S/P共摻雜葡萄糖基多孔碳材料的電化學(xué)性能表征47-52
• 3.2.1 三電極體系電化學(xué)性能測試(電解液為1M H_2SO_4)47-49
• 3.2.2 三電極體系電化學(xué)性能測試(電解液為6M KOH)49-51
• 3.2.3 兩電極體系電化學(xué)性能測試(電解液為1M H_2SO_4)51-52
• 3.3 小結(jié)52-54
• 第四章 KOH活化細(xì)菌纖維素基多孔碳材料的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能54-68
• 4.1 KOH活化細(xì)菌纖維素基多孔碳材料的結(jié)構(gòu)表征55-63
• 4.1.1 SEM表征55-56
• 4.1.2 TEM表征56-57
• 4.1.3 XRD表征57-58
• 4.1.4 拉曼譜圖58-60
• 4.1.5 孔徑分布及液氮等溫吸附60-63
• 4.2 KOH活化細(xì)菌纖維素基多孔碳材料的電化學(xué)表征63-67
• 4.2.1 循環(huán)伏安及恒流充放電曲線63-64
• 4.2.2 BC(KOH)-800的電化學(xué)性能64-66
• 4.2.3 電子交流阻抗測試66-67
• 4.3 小結(jié)67-68
• 第五章 總結(jié)和展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 致謝76-78
• 研究成果78-80
• 作者和導(dǎo)師簡介80-81
• 附件81-82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：624764