本文關鍵詞： 電化學電容器 電極材料 多孔碳 二氧化錳　出處：《湖南大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：電化學電容器作為一種新型的儲能器件,具有高的能量密度和功率密度、長時間的循環(huán)穩(wěn)定性,環(huán)境友好等特點,已成功應用于各個領域。電極材料作為電化學電容器的關鍵組成部分,對其電容性能的影響非常重要。開發(fā)具有高比電容的電極材料,是提高電化學電容器功率特性的有效方法。本論文以制備價格低廉、高能量密度和功率密度的電化學電容器電極材料為目的,采用不同的合成方法,制備多孔碳、二氧化錳等電極材料,并通過多種材料表征技術和電化學分析方法考察他們的形貌、結構以及電化學電容行為。具體研究內(nèi)容如下：(1)以類沸石金屬有機骨架材料(ZIF-9)為前驅體,經(jīng)高溫碳化、酸刻蝕制備納米多孔碳(NPCs)。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射技術(XRD)、比表面積和孔隙度分布儀對NPCs的微觀形貌和晶體結構進行表征,并在1 M H2SO4電解液中,采用循環(huán)伏安、恒流充放電分析技術對其電化學電容性能進行研究。結果表明：NPCs的平均粒徑為600 nm,比表面積為693 m2 g~(-1),孔道結構主要以介孔為主。NPCs電極不僅顯示較高的比電容值,在2 A g~(-1)的電流密度下,電容值可達259.2 F g~(-1);而且具有優(yōu)良的功率性能,當掃描速度從2 mV s~(-1)增至100 mV s~(-1)時,NPCs電極的電容量保持率為71.10%。此外,NPCs電極在電流密度為10 A g~(-1)的測試條件下,循環(huán)4000次后,其比電容值并沒有明顯的降低,顯示出優(yōu)良的長期循環(huán)穩(wěn)定性。(2)MnO_2納米管(MnO_2 NTs)與離子液體修飾的碳管(IL/CNTs)相結合,制備MnO_2 NTs-IL/CNTs復合物。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射技術(XRD)對MnO_2 NTs微觀形貌和晶體結構進行表征,并在0.5 MNa2SO4電解液中,采用循環(huán)伏安法和恒流充放電法對MnO_2 NTs-IL/CNTs電化學電容性能進行研究。結果表明：MnO_2 NTs-IL/CNTs復合物電極與MnO_2 NTs相比,具有更高的電容值和良好的功率特性。當電流密度為1 Ag~(-1)時,電容值可達254.6F g~(-1):當掃描速度從2 mV s~(-1)增加到100 mV s~(-1)時,MnO_2 NTs-IL/CNTs與MnO_2 NTs電極的電容量保持率分別為65.38%和40.28%。再者,MnO_2 NTs-IL/CNTs電極具有良好的長時間充放電循環(huán)穩(wěn)定性,在4 A g~(-1)的電流密度下,經(jīng)2000次循環(huán)后,其容量保持率為94.40%,高于MnO_2 NTs電極。(3)提出一種新穎的固相研磨／低溫煅燒的方法,以蘋果酸為碳源,在二氧化錳納米棒的表面包覆納米級的無定形碳層,制備碳包覆二氧化錳納米棒(MnO_2@C NRs)。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射技術(XRD)、比表面積和孔隙度分布儀對MnO_2@C NRs的形貌和晶體結構進行表征,并在0.5 MNa2 SO4電解液中,采用循環(huán)伏安法和恒流充放電法對其電化學電容性能進行研究。分析結果表明：碳層均勻的包覆在MnO_2 NRs表面,且厚度為3 nm；同時,碳包覆不會對MnO_2 NRs的晶型結構產(chǎn)生影響。MnO_2@C NRs電極不僅具有優(yōu)良的電容性能,在2 A g~(-1)的電流密度下,其比電容值為246.6 F g~(-1)；而且具有優(yōu)異的功率特性,當掃描速度從2mVs~(-1)增至100 mV s~(-1)時,MnO_2@CNRs和MnO_2 NRs電極的電容量保持率分別為69.13%和50.18%。另外,MnO_2@C NRs電極還具有優(yōu)異的充放電循環(huán)穩(wěn)定性,在電流密度為10Ag~(-1)的測試條件下,循環(huán)3000次后,其電容量的保持率高達97.6%,明顯高于MnO_2 NRs電極的75.0%。
[Abstract]:Electrochemical capacitor is a new energy storage device with high power density and energy density, cycle stability of long time, environmental friendly features, has been successfully applied in various fields. The electrode material for electrochemical capacitors as a key part of the very important influence on the capacitance performance of electrode materials with high specific development. The capacitance of the device is an effective method to improve the power characteristics of electrochemical capacitors. The preparation of low price, high energy density and power density of the electrode materials for electrochemical capacitors for the purpose of using different synthesis methods, the preparation of porous carbon, manganese dioxide electrode material, and their morphology was investigated by various characterization techniques and materials the electrochemical analysis method, structure and electrochemical capacitance behavior. The specific contents are as follows: (1) with zeolite like metal organic frameworks (ZIF-9) as the precursor, the high 娓╃⒊鍖，

本文編號：1552324