【摘要】：超級電容器作為一種高功率型儲能元件，較低的能量密度制約了其應用空間。多孔炭材料是目前常用的超級電容器電極材料，其豐富的孔結構提供了超大的比表面積，有助于提高超級電容器的能量特性，但是復雜的孔結構導致較大的離子擴散阻力，進而降低了功率特性。傳統(tǒng)的對孔結構的優(yōu)化集中于采用模板技術調節(jié)碳材料的孔結構，在達到高比表面積的同時提高功率特性，但是這種方法具有成本高、操作復雜等缺點，因此開發(fā)一種新的孔結構調控方法或得到一種新結構碳材料是目前的研究重點�；谝陨夏康�，本文提出和設計了一種新型碳材料結構調控方法。利用石墨烯的二維結構特征及大的比表面積，實現(xiàn)對傳統(tǒng)炭化過程的調節(jié)，進而實現(xiàn)對碳材料的結構調控。本文的主要工作包括以下兩點： 在有機高分子或聚合物的炭化過程中引入石墨烯，利用氧化石墨烯表面豐富的含氧官能團與高分子官能團之間的相互作用，實現(xiàn)聚合物分子在石墨烯表面的均勻分散并限制了加熱過程中聚合物以及熱分解形成的碳顆粒的聚集，從而得到了一種以外表面為主同時兼具大比表面積的碳材料。這種外表面結構使得離子無需進行復雜的傳質過程便可在材料表面形成雙電層，，石墨烯的加入也提高了材料的導電性，因而具有高的倍率性能，與此同時，大的比表面積保證了較高的容量特性。 為了在進一步提高材料容量特性的同時不降低其功率性能，我們利用石墨烯作為基體，氧化鎳作模板，樹脂為碳源，在石墨烯表面炭化形成具有層次孔結構的碳材料。利用石墨烯的二維表面對炭化過程的干涉作用，在其兩側形成很薄的層次孔碳結構，保證了高的離子傳輸特性；同時層次孔結構的設計有助于提高材料的容量特性，從而得到高性能的電容器電極材料。 總體而言，本文設計和提出了利用石墨烯的二維結構特性和大的比表面積，調節(jié)傳統(tǒng)高分子材料的炭化過程，從而實現(xiàn)對碳材料孔結構的調控，在保證容量特性的前提下得到具有高倍率特性的超級電容器電極材料。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：O613.71;TM53

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