本文關(guān)鍵詞：對稱型超級電容器用多孔炭材料的制備及其儲電性能

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【摘要】：超級電容器用電極材料主要包括炭材料、金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物。其中,炭材料,因其超高的比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙、良好的導(dǎo)電性、優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)而引起了人們更多的研究興趣。炭材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與調(diào)控是提高其電化學(xué)性能的關(guān)鍵。本文分別以煤焦油和石油瀝青為碳源,采用模板耦合KOH活化法,制備了超級電容器用多孔炭材料,分別為中空多孔炭球、分級多孔炭殼、褶皺的石墨烯納米片。借助氮吸脫附、掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射等手段對多孔炭材料的結(jié)構(gòu)及表面形態(tài)進(jìn)行表征與分析。通過循環(huán)伏安、恒流充放電以及電化學(xué)阻抗譜考察其電化學(xué)性能。主要結(jié)論如下:以二水醋酸鋅為模板,制備了超級電容器用中空多孔炭球。當(dāng)煤焦油、二水醋酸鋅、KOH的質(zhì)量分別為6 g、24 g、12 g時(shí),制得的中空多孔炭球命名為HPCN6-24-12,其比表面積為1374 m2/g,平均孔徑為7.41 nm。在6 M KOH電解液中,0.05 A/g電流密度下,比容達(dá)216 F/g;即使電流密度升高至20 A/g,比容仍保持為172 F/g,比容保持率為79.6%,表現(xiàn)出良好的倍率性能。在1 A/g電流密度下,循環(huán)充放電1000次后,HPCN6-24-12容量保持率為97.2%,表現(xiàn)出很好的循環(huán)穩(wěn)定性。以氧化鋅為模板,通過改變原料的配比與最終的活化溫度制備了分級多孔炭殼。當(dāng)石油瀝青為2.0 g、氧化鋅為19.0 g、KOH為6.0 g,活化溫度為850℃時(shí),制得的分級多孔炭殼命名為HPCS2-19-6-850,所得材料具有最高的比表面積(2646m2/g)和孔容(1.47 cm3/g)。在6 M KOH電解液中,0.05 A/g電流密度下,HPCS2-19-6-850比容達(dá)296 F/g,能量密度達(dá)10.26 W h/kg;即使電流密度升高至20A/g,其比容仍保持為237 F/g,比容保持率高達(dá)80.1%,表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。以氧化鎂為模板,制備了超級電容器用褶皺的石墨烯納米片。當(dāng)石油瀝青為3.0 g、氧化鎂模板為18.0 g,KOH為6.0 g,活化溫度為800℃時(shí),制得的褶皺的石墨烯納米片命名為CGNS3-18-6-800,所得材料比表面積達(dá)2132 m2/g。在6 M KOH電解液中,0.05 A/g電流密度下,其比容最高,達(dá)280 F/g;即使電流密度升高至20 A/g,比容仍為233 F/g,比容保持率高達(dá)83.2%,表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。在1 A/g電流密度下,循環(huán)充放電1000次后,容量保持率為96.8%,表現(xiàn)出很好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 多孔炭材料 模板 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)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4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-27
• 1.1 引言10
• 1.2 超級電容器的簡介10-16
• 1.2.1 超級電容器的分類11-12
• 1.2.2 超級電容器的優(yōu)點(diǎn)12-14
• 1.2.3 超級電容器的組成14-15
• 1.2.4 超級電容器的應(yīng)用15-16
• 1.3 超級電容器的電解液16-17
• 1.4 超級電容器的電極材料17-23
• 1.4.1 金屬氧化物18
• 1.4.2 導(dǎo)電聚合物18
• 1.4.3 炭材料18-23
• 1.4.3.1 多孔炭19-20
• 1.4.3.2 活性炭20
• 1.4.3.3 模板碳20-21
• 1.4.3.4 碳納米管21
• 1.4.3.5 石墨烯21-22
• 1.4.3.6 雜原子參雜的炭材料22-23
• 1.5 超級電容器的性能評估23-25
• 1.6 本文選題的背景及內(nèi)容25-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)27-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)用原料和設(shè)備27-30
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)用原料27-28
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)用設(shè)備28-30
• 2.2 原料及電極材料的表征方法30-33
• 2.2.1 工業(yè)分析30
• 2.2.2 元素分析30-31
• 2.2.3 熱重分析31
• 2.2.4 氮吸脫附31-32
• 2.2.5 XRD分析32
• 2.2.6 XPS分析32
• 2.2.7 FESEM分析32
• 2.2.8 TEM分析32
• 2.2.9 Raman分析32-33
• 2.3 電極的電化學(xué)性能測試33-35
• 2.3.1 循環(huán)伏安測試33
• 2.3.2 恒流充放電測試33-34
• 2.3.3 電化學(xué)阻抗譜測試34-35
• 第三章 醋酸鋅模法板法制備中空多孔炭球及其儲電性能35-47
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分35-37
• 3.1.1 中空多孔炭球的制備35-36
• 3.1.2 電極的制備與超級電容器的組裝36-37
• 3.2 結(jié)果與討論37-45
• 3.2.1 二水醋酸鋅熱重分析37-38
• 3.2.2 氮吸脫附與孔結(jié)構(gòu)分析38-39
• 3.2.3 FESEM與TEM分析39-40
• 3.2.4 XPS分析40-41
• 3.2.5 Raman分析41
• 3.2.6 XRD分析41-42
• 3.2.7 循環(huán)伏安測試42-43
• 3.2.8 恒流充放電測試43-45
• 3.2.9 交流阻抗譜測試45
• 3.3 本章小結(jié)45-47
• 第四章 納米氧化鋅模板法制備分級多孔炭殼及其儲電性能47-60
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分47-49
• 4.1.1 分級多孔炭殼的制備47-48
• 4.1.2 電極的制備與超級電容器的組裝48-49
• 4.2 結(jié)果與討論49-59
• 4.2.1 分級多孔炭的產(chǎn)率分析49-50
• 4.2.2 氮吸脫附與孔結(jié)構(gòu)分析50-52
• 4.2.3 FESEM與TEM分析52-54
• 4.2.4 XPS分析54
• 4.2.5 Raman分析54-55
• 4.2.6 XRD分析55-56
• 4.2.7 循環(huán)伏安測試56-57
• 4.2.8 恒流充放電測試57-58
• 4.2.9 交流阻抗譜測試58-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第五章 納米氧化鎂模板法制備褶皺的石墨烯納米片及其儲電性能60-72
• 5.1 實(shí)驗(yàn)部分60-62
• 5.1.1 褶皺的石墨烯納米片的制備60-61
• 5.1.2 電極的制備及超級電容器的組裝61-62
• 5.2 結(jié)果與討論62-71
• 5.2.1 氮吸脫附與孔結(jié)構(gòu)分析62-63
• 5.2.2 TEM分析63-65
• 5.2.3 XPS分析65-66
• 5.2.4 水接觸角測試66-67
• 5.2.5 Raman分析67
• 5.2.6 粉末電阻率測試67-68
• 5.2.7 循環(huán)伏安測試68-69
• 5.2.8 恒流充放電測試69-70
• 5.2.9 交流阻抗譜測試70-71
• 5.3 本章小結(jié)71-72
• 第六章 結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)及展望72-74
• 6.1 主要結(jié)論72-73
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)73
• 6.3 下一步工作展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-83
• 攻讀碩士期間獲獎及發(fā)表論文、專利情況83-84
• 致謝84

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本文編號：800805