本文關(guān)鍵詞：生物質(zhì)基碳復(fù)合電極材料的制備及其超電容性能的研究

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【摘要】：超級電容器因具有循環(huán)壽命長、充放電速度快和功率密度高等優(yōu)點,被廣泛地運用在電動汽車、電子器件等領(lǐng)域中。碳材料因具有導(dǎo)電性高、化學(xué)穩(wěn)定性高以及原材料豐富等優(yōu)點,已成為當(dāng)前超級電容器的主要電極材料之一。尋找廉價、綠色和可再生的原材料制備活性炭(AC)已經(jīng)成為當(dāng)下的一大熱點。以生物質(zhì)為原材料制備生物質(zhì)碳材料,既可節(jié)約成本,還可緩解因焚燒生物質(zhì)而造成的環(huán)境問題。本論文以廉價的生物質(zhì)為原材料,制備得到超級電容器AC電極材料以及AC基復(fù)合物電極材料。主要研究成果如下(1)以火龍果皮(DF)、羅漢果皮(MG)和梧桐絮(FC)作為碳源,先在Ar氣氛中進行碳化,采用KOH活化后再在Ar氣氛中進行高溫煅燒,獲得了具有高比表面積的碳材料。經(jīng)過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)和拉曼光譜(Raman)表征說明,制備得到的ACs表面為無定型結(jié)構(gòu)。傅立葉紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)表征說明,制備得到的AC s含有大量的含氧官能團,這些官能團對增加AC s的贗電容和提高電解液與AC s表面的親水性有很大幫助。氮氣吸脫附測試說明,制備得到的AC s具有較高的比表面積。由微孔和介孔所組成的分級孔結(jié)構(gòu)有利于電解液離子的擴散和傳輸。電化學(xué)測試說明,在電流密度為0.5 A g-1時,DF-AC、 MG-AC和FC-AC的比電容分別是287 F g-1、239 F g1和227 F g-1。結(jié)果說明,制備得到的ACs具有較高的比電容。在電流密度為4 A g-1以及連續(xù)充放電5000圈后,所有制備得到的AC s電極的比電容幾乎沒有衰減,說明制備得到的ACs具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。(2)以柚子皮(PP)作為碳源,先在Ar氣氛中進行碳化,采用KOH活化后再在Ar氣氛中進行高溫煅燒,制備得到PP-AC。主要探討了4種摩爾濃度的KOH活化劑對所制備的PP-AC結(jié)構(gòu)以及PP-AC作為超級電容器電極材料的超電容性能的影響。當(dāng)KOH為3.0mol L-1時,PP-AC呈現(xiàn)出相互貫通的孔結(jié)構(gòu),這為電解質(zhì)離子的傳輸提供了通道,又提高了材料的比表面積。XRD表征說明,4種PP-AC均呈現(xiàn)出無定型結(jié)構(gòu)和一定的石墨化結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試說明,在電流密度為1 A g-1時,KOH摩爾濃度分別為1mol L-1、2 mol L-1、3 mol L-1和4 mol L-1時的4種PP-AC電極材料的比電容分別是191 F g-1、247F g-1、260 F g-1 和 225F g-1。在電流密度為2 A g-1以及連續(xù)充放電1000圈后,制備得到的ACs電極的電容幾乎沒有衰減,說明制備得到的ACs具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。(3)通過水熱法合成了α-Ni(OH)2/PP-AC復(fù)合材料,探討了不同質(zhì)量配比下制備得到的復(fù)合物的電化學(xué)性能。SEM分析說明高比表面的PP-AC能夠使α-Ni(OH)z分散在其孔內(nèi),防止了團聚現(xiàn)象的發(fā)生。XRD分析說明復(fù)合物材料中只有α-Ni(OH)2和C。在電流密度為6Ag-1時,α-Ni(OH)2/PP-AC復(fù)合材料的質(zhì)量比為1:20的電極材料的比電容是994 F g-1,單純的α-Ni(OH)2比電容是832 F g-1。在電流密度為8 A g-1時,連續(xù)充放電1000圈后,復(fù)合物材料的質(zhì)量比為1：20的電極材料的電容保持率為84%,比單純的α-Ni(OH)2的電容保持率(62%)高。結(jié)果說明,復(fù)合材料的比電容和倍率性均相比于單純的α-Ni(OH)2電極和PP-AC電極有一定程度的提高。(4)通過水熱法合成了NiMoO4 xH2O/PP-AC復(fù)合材料,探討了不同摩爾比的NiMoO4 xH2O與PP-AC制備得到的復(fù)合物的電化學(xué)性能。XRD分析說明復(fù)合物材料成分有NiMoO4xH2O和C。 SEM圖說明高比表面的PP-AC能夠使NiMoO4 xH2O分散在其孔內(nèi),增加了比表面積。在電流密度為1 A g-1,PP-AC與NiMoO4 xH2O的摩爾比為25:24時,復(fù)合物電極材料的比電容為1075 F g-1,而單純的NiMoO4xH2O比電容為667 F g-1。在電流密度為2 A g-1,連續(xù)充放電1000圈后,PP-AC與 NiMoO4 xH2O的摩爾比為25-24的電極材料的電容保持率為87%,高于單純的NiMoO4 xH2O的電容保持率(77%)結(jié)果說明,復(fù)合材料的比電容和倍率性均相比于NiMoO4 xH2O電極和PP-AC電極有一定程度的提高本論文的研究結(jié)果說明,DF-AC、 MG-AC和FC-AC都具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,具有作為超級電容器電極材料的潛力。相比于單純的物質(zhì),α-Ni(OH)2/PP-AC 和 NiMoO4 xH2O/PP-AC的電化學(xué)性能得到了明顯的提高。
【關(guān)鍵詞】：生物質(zhì)碳 電極材料 復(fù)合物 比電容 超級電容器
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 1 緒論13-22
• 1.1 引言13
• 1.2 超級電容器介紹13-17
• 1.2.1 超級電容器的結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.2 超級電容器的應(yīng)用14-15
• 1.2.3 超級電容器儲能機理與分類15-17
• 1.3 超級電容器電極材料17-19
• 1.3.1 碳基電極材料17-19
• 1.3.2 金屬氧化物電極材料19
• 1.3.3 導(dǎo)電聚合物電極材料19
• 1.3.4 復(fù)合電極材料19
• 1.4 論文選題依據(jù)19-20
• 1.5 論文研究意義和內(nèi)容20-21
• 1.5.1 論文研究意義20
• 1.5.2 論文研究內(nèi)容20-21
• 1.6 論文創(chuàng)新點21-22
• 2 實驗方法22-27
• 2.1 主要試劑和儀器設(shè)備22-23
• 2.1.1 主要試劑22
• 2.1.2 主要儀器設(shè)備22-23
• 2.2 材料制備和表征23-25
• 2.2.1 材料制備23-24
• 2.2.2 材料表征24-25
• 2.3 超級電容器電極制備和電化學(xué)性能測試25-27
• 2.3.1 電極制備25
• 2.3.2 電化學(xué)性能測試25-27
• 3 DF-AC、MG-AC、FC-AC的制備及電化學(xué)性能研究27-42
• 3.1 引言27
• 3.2 實驗部分27-29
• 3.2.1 DF-AC、MG-AC、FC-AC的制備27-28
• 3.2.2 DF-AC、MG-AC、FC-AC的材料表征28-29
• 3.2.3 DF-AC、MG-AC、FC-AC電極制備和電化學(xué)性能表征29
• 3.3 結(jié)果與討論29-40
• 3.3.1 DF-AC、MG-AC、FC-AC的成分、結(jié)構(gòu)和形貌分析29-35
• 3.3.2 DF-AC、MG-AC、FC-AC的電化學(xué)性能研究35-40
• 3.4 本章小結(jié)40-42
• 4 KOH作為活化劑制備PP-AC及PP-AC電化學(xué)性能研究42-53
• 4.1 引言42-43
• 4.2 實驗部分43-45
• 4.2.1 PP-AC的制備43
• 4.2.2 PP-AC的材料表征43-44
• 4.2.3 PP-AC電極制備和電化學(xué)性能表征44-45
• 4.3 結(jié)果與討論45-51
• 4.3.1 PP-AC的成分、結(jié)構(gòu)和形貌分析45-46
• 4.3.2 PP-AC的電化學(xué)性能研究46-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 5 α-Ni(OH)_2/PP-AC的制備及電化學(xué)性能研究53-66
• 5.1 引言53-54
• 5.2 實驗部分54-56
• 5.2.1 α-Ni(OH)_2/PP-AC的制備54-55
• 5.2.2 α-Ni(OH)_2/PP-AC的材料表征55
• 5.2.3 α-Ni(OH)_2/PP-AC電極制備和電化學(xué)性能表征55-56
• 5.3 結(jié)果與討論56-64
• 5.3.1 α-Ni(OH)_2/PP-AC的成分、結(jié)構(gòu)和形貌分析56-58
• 5.3.2 α-Ni(OH)_2/PP-AC的電化學(xué)性能研究58-64
• 5.4 本章小結(jié)64-66
• 6 NiMoO_4 xH_2O/PP-AC的制備及電化學(xué)性能研究66-78
• 6.1 引言66
• 6.2 實驗部分66-68
• 6.2.1 NiMoO_4x H_2O/PP-AC的制備66-67
• 6.2.2 NiMoO_4 x H_2O/PP-AC的材料表征67
• 6.2.3 NiMoO_4x H_2O/PP-AC電極制備和電化學(xué)性能表征67-68
• 6.3 結(jié)果與討論68-76
• 6.3.1 NiMoO_4x H_2O/PP-AC的成分、結(jié)構(gòu)和形貌分析68-69
• 6.3.2 NiMoO_4 x H_2O/PP-AC的電化學(xué)性能研究69-76
• 6.4 本章小結(jié)76-78
• 結(jié)論78-80
• 致謝80-81
• 參考文獻81-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果96

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本文編號：651434