本文關(guān)鍵詞：基于絲瓜絡(luò)介孔碳材料的電化學(xué)超級(jí)電容器

  更多相關(guān)文章： 超級(jí)電容器 絲瓜絡(luò) 石墨烯 四氧化三鈷 比電容 循環(huán)使用壽命

【摘要】：電化學(xué)超級(jí)電容器又叫雙電層電容器,它具有充放電快,較高比電容,以及良好的循環(huán)使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。超級(jí)電容器在電子產(chǎn)品,電動(dòng)汽車以及軍工產(chǎn)品等有巨大的應(yīng)用前景。特別是近年來(lái),隨著節(jié)能減排、綠色環(huán)保產(chǎn)品得到廣大市民的青睞,超級(jí)電容器作為環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品也受到研究學(xué)子的廣泛關(guān)注。超級(jí)電容器主要組成部分包括電極、電解液以及隔膜,而電極材料是超級(jí)電容器最為核心部分,也是研究的重點(diǎn)。碳基材料是研究最早也最成熟的電極材料,包括活性炭、碳纖維、炭黑、碳?xì)饽z、碳納米管以及石墨烯等。但是,目前研究較多的碳基材料大多還處于實(shí)驗(yàn)室理論研究階段。超級(jí)電容器的實(shí)際生產(chǎn)成本較高,電極材料來(lái)源匱乏,制備過(guò)程較為復(fù)雜。此外,超級(jí)電容器的比電容,比能量,循環(huán)使用壽命等電化學(xué)性能都有待進(jìn)一步提高。本文旨在降低超級(jí)電容器生產(chǎn)成本,提高它的比電容、比能量等電化學(xué)性能。本文以絲瓜絡(luò)為原材料,通過(guò)炭化、活化制備絲瓜絡(luò)活性炭。通過(guò)氮?dú)馕矫摳奖碚?絲瓜絡(luò)活性炭的比表面積高達(dá)2790m2/g,孔容為1.3672cm3/g,平均孔徑為1.9588nm。以絲瓜絡(luò)活性炭作為電極材料,組裝成紐扣型超級(jí)電容器并測(cè)試其電化學(xué)性能。此外,研究了絲瓜絡(luò)活性炭結(jié)合石墨烯、Co3O4等制備復(fù)合材料在水系電解液中的電化學(xué)性能,表明絲瓜絡(luò)活性炭是一類電化學(xué)性能極好的電極材料。以等質(zhì)量的絲瓜絡(luò)活性炭組裝成紐扣型對(duì)稱超級(jí)電容器,電解液為6M KOH。在0.048A/g的電流密度下恒流充放電測(cè)試,工作電壓為1.2V,充放電線性關(guān)系以及對(duì)稱性較好。由公式計(jì)算,絲瓜絡(luò)活性炭的比電容高達(dá)356.77F/g,能量密度為12.49wh/kg。大電流下,10000次循環(huán)充放電后,絲瓜絡(luò)活性炭比電容依然保持在最初的86.3%。且8000次充放電之后,能量效率維持在83%左右,表現(xiàn)出良好的循環(huán)使用壽命以及能量利用率。以1M C8H20BF4N/PC為電解液,等質(zhì)量絲瓜絡(luò)活性炭組裝成紐扣型對(duì)稱超級(jí)電容器。當(dāng)電流密度為0.2A/g時(shí),絲瓜絡(luò)活性炭充放電過(guò)程線性關(guān)系以及對(duì)稱性良好,工作電壓達(dá)到2.7V,比能量為16.395wh/kg。在6M KOH電解液中進(jìn)行三電極測(cè)試,當(dāng)電流密度為1A/g時(shí),絲瓜絡(luò)活性炭的比電容為338F/g,這要好于大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道的生物質(zhì)活性炭的比電容。除此之外,我們還進(jìn)行了三電極循環(huán)伏安以及電化學(xué)阻抗測(cè)試。特別是在1M Na2SO4電解液中循環(huán)伏安圖類似矩形,表現(xiàn)為雙電層超級(jí)電容器電化學(xué)行為。電勢(shì)窗口為-0.6~0.8V,表明其擁有較大的工作電壓范圍。將絲瓜絡(luò)活性炭與石墨烯結(jié)合制備復(fù)合材料,以等質(zhì)量的復(fù)合材料組裝成紐扣型對(duì)稱超級(jí)電容器。當(dāng)電解液為1M C8H20BF4N/PC,石墨烯與絲瓜絡(luò)活性炭的質(zhì)量比為5%時(shí),復(fù)合材料的比電容最大達(dá)到了130.8F/g。若以6M KOH為電解液,電流密度為35m A/g,其比電容為182.7F/g。充放電線性關(guān)系以及對(duì)稱性較好,表現(xiàn)為對(duì)稱型超級(jí)電容器的電化學(xué)行為,但比電容比絲瓜絡(luò)活性炭要小,表明絲瓜絡(luò)活性炭是一類電化學(xué)性能極好的電極材料。在大電流下,進(jìn)行1000次循環(huán)充放電測(cè)試后,其比電容保有率為97%,石墨烯與絲瓜絡(luò)活性炭復(fù)合材料擁有良好的循環(huán)使用壽命。在6M KOH電解液中進(jìn)行三電極測(cè)試,電化學(xué)阻抗譜圖表明復(fù)合材料的傳質(zhì)阻抗以及擴(kuò)散阻抗都較小,這有助于提高超級(jí)電容器的使用壽命以及其他電化學(xué)性能。將絲瓜絡(luò)活性炭與Co3O4結(jié)合采用共沉淀法以及水熱合成法制備復(fù)合材料AC/Co3O4,以質(zhì)量相等的復(fù)合材料組裝成紐扣型對(duì)稱贗電容器,其中電解液為6M KOH。采用共沉淀法,當(dāng)Co3O4與AC質(zhì)量比為30%,電流密度為0.055A/g時(shí),復(fù)合材料的比電容達(dá)到了516.2F/g,工作電壓范圍為1.2V。充放電過(guò)程線性關(guān)系、對(duì)稱性較差,表現(xiàn)出贗電容性能。在大電流密度下,1500次循環(huán)充放電后比電容衰減較為平緩,并未出現(xiàn)明顯的衰減,比電容保有率達(dá)到了95.5%,表現(xiàn)出良好的循環(huán)使用壽命。在電解液為6M KOH中進(jìn)行三電極恒流充放電測(cè)試,當(dāng)Co3O4與AC質(zhì)量比為30%,電流密度為1A/g時(shí),復(fù)合材料的比電容最大達(dá)到了603F/g,表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能。本文以絲瓜絡(luò)為原材料制備超級(jí)電容器。一方面,降低了超級(jí)電容器的生產(chǎn)成本;另一方面,提高了超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。超級(jí)電容器的制備方法簡(jiǎn)單易行便于推廣,本課題不僅為實(shí)驗(yàn)室的理論研究提供思路,也推動(dòng)了超級(jí)電容器的工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
【關(guān)鍵詞】：超級(jí)電容器 絲瓜絡(luò) 石墨烯 四氧化三鈷 比電容 循環(huán)使用壽命
【學(xué)位授予單位】：華東交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 主要符號(hào)說(shuō)明11-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題的研究背景及意義12-13
• 1.2 超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理13
• 1.3 超級(jí)電容器研究進(jìn)展13-14
• 1.4 超級(jí)電容器電極材料的研究14-17
• 1.4.1 碳基材料14-15
• 1.4.2 金屬氧化物15-16
• 1.4.3 導(dǎo)電聚合物16-17
• 1.5 超級(jí)電容器電解液的研究17-18
• 1.5.1 水系電解液17-18
• 1.5.2 有機(jī)電解液18
• 1.6 本論文研究的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)18-20
• 第二章 絲瓜絡(luò)活性炭制備對(duì)稱型超級(jí)電容器20-39
• 2.1 引言20
• 2.2 絲瓜絡(luò)活性炭的制備20-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器20
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑20-21
• 2.2.3 絲瓜絡(luò)活性炭制備過(guò)程21-23
• 2.3 絲瓜絡(luò)活性炭電極的制備23-24
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)儀器23
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)試劑23
• 2.3.3 絲瓜絡(luò)活性炭電極制備過(guò)程23-24
• 2.4 絲瓜絡(luò)活性炭電化學(xué)測(cè)試24-25
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)儀器24
• 2.4.2 實(shí)驗(yàn)試劑24-25
• 2.4.3 電化學(xué)測(cè)試過(guò)程25
• 2.5 結(jié)果與討論25-38
• 2.5.1 絲瓜絡(luò)活性炭結(jié)構(gòu)與表征25-27
• 2.5.2 絲瓜絡(luò)活性炭有機(jī)體系紐扣型對(duì)稱超級(jí)電容器27-29
• 2.5.3 絲瓜絡(luò)活性炭水系對(duì)稱型超級(jí)電容器29-31
• 2.5.4 絲瓜絡(luò)活性炭三電極測(cè)試31-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 第三章 絲瓜絡(luò)活性炭與石墨烯復(fù)合材料制備超級(jí)電容器39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 AG/AC復(fù)合材料的制備39-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器39-40
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑40
• 3.2.3 AG/AC復(fù)合材料的制備過(guò)程40
• 3.3 AG/AC復(fù)合材料電極的制備40-41
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)儀器40
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)試劑40-41
• 3.3.3 電極制備過(guò)程41
• 3.4 電化學(xué)測(cè)試41-42
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)儀器41-42
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)試劑42
• 3.5 電化學(xué)測(cè)試過(guò)程42-43
• 3.5.1 AG/AC對(duì)稱型超級(jí)電容器兩電極測(cè)試42
• 3.5.2 AG/AC復(fù)合材料的三電極測(cè)試42-43
• 3.6 結(jié)果與分析43-47
• 3.6.1 AG/AC復(fù)合材料的表征43
• 3.6.2 AG/AC復(fù)合材料有機(jī)體系紐扣型對(duì)稱超級(jí)電容器43-44
• 3.6.3 AG/AC復(fù)合材料水系紐扣型對(duì)稱超級(jí)電容器44-45
• 3.6.4 AG/AC復(fù)合材料的三電極測(cè)試45-47
• 3.7 本章小結(jié)47-49
• 第四章 絲瓜絡(luò)活性炭與CO_3O_4復(fù)合材料制備超級(jí)電容器49-65
• 4.1 引言49-50
• 4.2 共沉淀法制備絲瓜絡(luò)活性炭與CO_3O_4復(fù)合材料50-53
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器50
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑50-51
• 4.2.3 共沉淀法制備絲瓜絡(luò)活性炭與Co_3O_4復(fù)合材料過(guò)程51-53
• 4.3 水熱合成法制備絲瓜絡(luò)活性炭與CO_3O_4復(fù)合材料53-54
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)儀器53
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)試劑53
• 4.3.3 水熱合成法制備絲瓜絡(luò)活性炭與Co_3O_4復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)過(guò)程53-54
• 4.4 AC/Co_3O_4復(fù)合材料電極的制備54-55
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)儀器54
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)試劑54
• 4.4.3 電極制備過(guò)程54-55
• 4.5 電化學(xué)測(cè)試55-56
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)儀器55
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)試劑55
• 4.5.3 電化學(xué)測(cè)試過(guò)程55-56
• 4.6 結(jié)果與分析56-63
• 4.6.1 AC/Co_3O_4復(fù)合材料表征56-57
• 4.6.2 AC/Co_3O_4復(fù)合材料組裝紐扣型對(duì)稱超級(jí)電容器兩電極測(cè)試57-61
• 4.6.3 AC/Co_3O_4復(fù)合材料三電極測(cè)試61-63
• 4.7 本章總結(jié)63-65
• 第五章 全文總結(jié)65-67
• 參考文獻(xiàn)67-75
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75-76
• 致謝76

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