多孔炭由于具有高的比表面、發(fā)達的多孔結(jié)構(gòu)和適中的價格,是商品化超級電容器電極材料的首選。本文制備了氮摻雜微孔炭、磷摻雜介孔炭和氮、磷共摻雜高比表面分級孔炭材料,研究了制備工藝對炭材料的結(jié)構(gòu)和電容性能的影響規(guī)律,分析了炭材料的成孔機制和N、P原子的引入對炭材料在不同電解液中電化學性能的影響。以含氮有機酸鹽—乙二胺四乙酸二鈉鹽為碳前軀體,在600-900 ℃直接熱解制備富氮微孔炭材料(NECs)。隨熱解溫度升高,炭材料的比表面積和孔容分別由600℃的457 m2·g-1和0.21 cm3·g-1逐漸增加至900 ℃的1511 m2.g-1和0.98 cm3·g-1,然而N元素含量卻由8.69 at%降低至0.88 at%。富氮炭材料在6 M KOH電解液中的單位面積比電容與氮含量一樣呈減小的趨勢,從600℃的47 uF·cm-2逐漸下降至900 ℃的10.1 uF·cm-2;而在1 MEt4NBF4/AN電解液中,單位面積比容量值卻出現(xiàn)先升后降的趨勢,與氮含量沒有相關性。這說明氮摻雜在無機電解液體系中可產(chǎn)生較大的贗電容,而在有機電解液體系中卻不能發(fā)生氧化還原反應,不能產(chǎn)生準電容效應。以含磷...

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【學位級別】：碩士

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摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 超級電容器的概述
        1.1.1 超級電容器簡介
        1.1.2 超級電容器的工作原理
        1.1.3 超級電容器的組成結(jié)構(gòu)
        1.1.4 超級電容器的發(fā)展及應用
    1.2 超級電容器多孔炭電極
        1.2.1 活性炭(ACs)
        1.2.2 模板炭
        1.2.3 碳氣凝膠
        1.2.4 碳納米管
        1.2.5 碳化物衍生物
    1.3 摻雜型多孔炭電極材料
        1.3.1 含氮多孔炭
        1.3.2 含磷多孔炭
        1.3.3 含氧多孔炭
        1.3.4 含硼多孔炭
        1.3.5 多原子摻雜多孔炭
    1.4 本論文主要研究思路和內(nèi)容
第二章 實驗部分
    2.1 實驗試劑和儀器
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 材料表征
        2.2.1 熱重(TG)
        2.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.2.3 高分辨率透射電子顯微鏡(HR-TEM)
        2.2.4 氮氣等溫吸脫附(BET)
        2.2.5 X射線衍射(XRD)
        2.2.6 X射線光電子能譜(XPS)
        2.2.7 拉曼光譜(Raman)
    2.3 超級電容器的組裝
        2.3.1 無機電解液體系
        2.3.2 有機電解液體系
    2.4 電化學性能測試
        2.4.1 循環(huán)伏安法
        2.4.2 恒流充放電法
        2.4.3 內(nèi)阻測試法
第三章 氮摻雜微孔炭電極材料的制備及電容性能的研究
    3.1 氮摻雜微孔炭的制備
    3.2 氮摻雜微孔炭的成孔機理
    3.3 氮摻雜微孔炭的結(jié)構(gòu)表征
        3.3.1 掃描電鏡
        3.3.2 高倍率透射電鏡
        3.3.3 比表面積和孔徑分布
        3.3.4 石墨化程度分析
        3.3.5 XPS分析
    3.4 氮摻雜微孔炭電極材料在無機電解液中的電化學性能
    3.5 氮摻雜微孔炭電極材料在有機電解液中的電化學性能
    3.6 氮摻雜微孔炭電極材料在無機、有機電解液中電化學性能的比較
    3.7 本章小結(jié)
第四章 磷摻雜介孔炭電極材料的制備及電容性能的研究
    4.1 磷摻雜介孔炭的制備
    4.2 磷摻雜介孔炭的成孔機理
    4.3 磷摻雜介孔炭的結(jié)構(gòu)表征
        4.3.1 掃描電鏡
        4.3.2 高倍率透射電鏡
        4.3.3 比表面積和孔徑分布
        4.3.4 XRD分析
        4.3.5 XPS分析
    4.4 磷摻雜介孔炭電極材料在堿性電解液中的電化學性能
    4.5 磷摻雜介孔炭電極材料在酸性電解液中的電化學性能
    4.6 本章小結(jié)
第五章 氮、磷共摻雜分級孔炭電極材料的制備及電容性能的研究
    5.1 氮、磷共摻雜分級孔炭的制備
    5.2 氮、磷共摻雜分級孔炭的表征
        5.2.1 掃描和透射電鏡
        5.2.2 比表面積和孔徑分布
        5.2.3 XRD分析
        5.2.4 XPS分析
    5.3 氮、磷共摻雜分級孔炭的形成機理
    5.4 氮、磷共摻雜分級孔炭電極材料在堿性電解液中的電化學性能
    5.5 氮、磷共摻雜分級孔炭電極材料在酸性電解液中的電化學性能
    5.6 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論
參考文獻
致謝
研究成果
作者和導師簡介
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本文編號：3796155