發(fā)布時間：2018-01-14 10:09

  本文關(guān)鍵詞：基于新型碳材料超級電容器的制備及儲能性質(zhì)的研究　出處：《浙江師范大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 超級電容器 多壁碳納米管 石墨烯 聚苯胺 鐵氰化鎳

【摘要】：超級電容器(supercapacitor)是一種介于蓄電池和傳統(tǒng)介電質(zhì)的一種新型儲能元件,它具有很高的放電功率、法拉級別的超大電容量、較高的能量、較寬的工作溫度范圍、極長的使用壽命、免維護、經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點。碳材料是超級電容器最常用的電極材料。當(dāng)中,碳納米管(CNTs)由于它獨特的表面介孔性質(zhì)、良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點,作為超級電容器的能源儲存材料。然而,純的CNTs具有低的雙電層電容性,無法廣泛作為超級電容器的商業(yè)性用途。因此,對于CNTs的電容局限性和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性,在CNTs進行表面修飾是一種可行性方法。一些導(dǎo)電聚合物和金屬氧化物表現(xiàn)出了極大的電容性能,但是由于這些單獨的贗電容成分結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,不能作為先進電容器的理想材料。在這些贗電容器中,聚苯胺(PANI)聚合物由于它的低成本、氧化還原可逆性、易合成和較高的電容性等特點,可應(yīng)用于超級電容器中,但是它電子導(dǎo)電率低和循環(huán)穩(wěn)定性差,不能廣泛的應(yīng)用在超級電容中。因此,可以用PANI結(jié)合CNTs作為新型的電容儲存材料應(yīng)用在超級電容器中。石墨烯(rGOs)由于極高的理論面積(2630 m2·g-1)和優(yōu)越的理論電容(550 F·g-1)。被認為是超級電容器的理想電極材料。近來,過渡金屬鐵氰化物(MHCF,金屬如Fe、Co、Ni等),普魯士藍配位化合物,由于它的低成本、氧化還原可逆性、易合成和較高的電容性等特點,可應(yīng)用于超級電容器中。本論文主要通過以CNTs和rGOs作為碳基底,通過原位聚合法和共沉積法制備法,負載不同聚合物和晶胞粒子,使其電極材料具有優(yōu)越的儲容性能和循環(huán)穩(wěn)定性。主要工作包括以下方面：(1)采用原位聚合法合成了聚苯胺(PANI)/聚四乙烯基吡啶(P4VP)/多壁碳納米管(GMWCNT)碳材料。大量的PANI聚合物均勻地負載在P4VP修飾的MWCNTs上,相比之下,表面沒被修飾過的GMWCNTs由于在水中分散不勻會發(fā)生聚合成束。PANI/P4VP-g-GMWCNT電極材料在放電密度為1 A·g-1,0.5 MH2SO4溶液中,最大比電容為1065 F·g-1,在充放電1000圈后,仍有92.2%的電容保留,而在相同條件下,PANI/GMWCNT電極材料的最大比電容為1755 F-g-1,在充放電1000圈后,電容衰減了20.6%。因此,PANI/P4VP-g-GMWCNT電極材料在電容、大電流充放電和循環(huán)穩(wěn)定上要強于]'ANI/GMWCNTs電極材料。(2)NiHCF通過共沉積方法可以與聚4-乙烯基吡啶(P4VP)結(jié)合,并且能夠嫁接到多壁碳納米管(MWCNTs)上,形成了獨特的同軸NiHCF/MWCNT電纜核殼結(jié)構(gòu)。根據(jù)NiHCF的不同納米負載量,測定它們的電化學(xué)行為和儲容性能。在放電密度為0.05 A-g-1下, NiHCF/P4VP-g-MWCNT電極材料的儲容電容可達1035F·g-1。而在放電密度為25.5 A·g-下,該電容衰減了10%,在充放電10000圈后,放電密度為2A·g-1,僅7.3%的電容損失。而且在功率密度為10W·kg-1時,其能量密度高達56.2 Wh·kg-1。(3)通過共同沉淀方法制備了還原氧化石墨烯負載的鐵氰化鎳納米方塊,以聚二烯基丙二甲基氯化銨(DDA)作為連接劑。PDDA/rGO通過靜電沉積可負載大量的NiHCF晶胞粒子,通過改變NiHCF的負載量(32.6%到68.2%),NiHCF納米粒徑大小從10 nm到85 nm。在最適宜的條件下,NiHCF/PDDA/rGO電極材料的NiHCF負載量為51.4%時,其粒徑大小為38 nm。NiHCF/PDDA/rGO電極材料在在放電密度為0.2 A·g-1,0.5 M Na2SO4溶液中,其最大比電容為1320F·g-1,在充放電10000圈后,電容維持起初的87.2%,而且在功率密度為80 W·kg-1時,其能量密度高達58.7 Wh·kg-1。由于NiHCF/PDDA/rGO電極材料的優(yōu)越的儲能性能,高的比電容,大電容,循環(huán)穩(wěn)定性好等的特點,可作為超級電容器的良好材料。
[Abstract]:Supercapacitor ( CNTs ) is a new energy storage element between storage battery and traditional dielectric . It has the advantages of high discharge power , large capacitance at Farad level , high energy , wide operating temperature range , long service life , maintenance free , environmental protection , etc . The results show that the maximum specific capacitance is 1035F 路 g - 1 . In the same condition , the maximum specific capacitance is 1035F 路 g - 1 , and the maximum specific capacitance is 1755 F 路 g - 1 . PDDA / PDDA / rGO electrode material has a maximum specific capacitance of 1320F 路 g - 1 , and its energy density is up to 58.7 Wh 路 kg - 1 when the power density is 80 W 路 kg - 1 . It can be used as a good material for super capacitor due to its superior energy storage performance , high specific capacitance , large capacitance and good cycle stability .

【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM53;O646.54

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本文編號：1423121