超級電容器作為一種重要的新型能量存儲元件以其高功率密度和能量密度填充了傳統(tǒng)靜電容器和電池之間的空白,而電極材料的性質(zhì)是決定超級電容器性能的關(guān)鍵因素。與金屬氧化物和導電聚合物相比,碳材料是研究最早、應(yīng)用最廣的電極材料,但是如何在保持較高功率密度的前提下提升能量密度以及降低其生產(chǎn)成本是目前面臨的挑戰(zhàn)。本論文主要圍繞基于不同碳前軀體的富含雜原子表面官能團的碳材料的可控合成,及其用于超級電容器電極的性能等方面進行的基礎(chǔ)性研究。實驗采用簡單的碳材料合成工藝,實現(xiàn)了對碳材料孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控和表面摻雜改性。所得材料氮氣吸脫附測試、二氧化碳吸脫附測試、掃描電鏡(SEM)、拉曼光譜、X-ray光電子能譜(XPS)、元素分析(EA)等現(xiàn)代表征手段進行分析,并采用一系列電化學測試方法,包括循環(huán)伏安法、恒流充放電法、交流阻抗法、拓展電位窗口測試對各種材料所組成的超級電容器的電化學性能(簡稱超電容性能)進行分析研究,并將材料的物化性質(zhì)與所制備的超級電容器的超電容性能進行關(guān)聯(lián)性分析,得出了很多有啟發(fā)意義的縫果。本論文的工作主要包括以下幾個方面：第三章以磷酸為活化劑和磷源、以廢棄物咖啡渣為碳前驅(qū)體通過改變磷酸的浸漬比制...

【文章頁數(shù)】：160 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 超級電容器概述
        1.2.1 超級電容器的發(fā)展概述
        1.2.2 超級電容器的儲能原理
        1.2.3 超級電容器的分類
        1.2.4 超級電容器的結(jié)構(gòu)
        1.2.5 超級電容器的特點
        1.2.6 超級電容器的應(yīng)用
    1.3 超級電容器用電極材料的選擇
        1.3.1 金屬氧化物的現(xiàn)存問題
        1.3.2 導電聚合物的現(xiàn)存問題
        1.3.3 碳材料的優(yōu)勢
    1.4 碳材料的活化和表面改性
        1.4.1 碳材料的活化
        1.4.2 碳材料的表面改性
    1.5 超級電容器用碳材料的研究現(xiàn)狀
        1.5.1 生物質(zhì)基碳材料
        1.5.2 聚合物基碳材料
        1.5.3 礦物基碳材料
        1.5.4 摻雜碳材料
    1.6 選題依據(jù)、主要內(nèi)容和創(chuàng)新點
        1.6.1 選題依據(jù)
        1.6.2 主要內(nèi)容
        1.6.3 創(chuàng)新點
第2章 實驗方法和原理
    2.1 實驗原料和藥品
    2.2 碳材料理化性質(zhì)的表征方法和原理
        2.2.1 比表面積和孔分布測試
        2.2.2 掃描電鏡
        2.2.3 熱重分析
        2.2.4 拉曼光譜
        2.2.5 元素分析
        2.2.6 紅外光譜
        2.2.7 X-射線光電子能譜
    2.3 電化學性能的表征方法和原理
        2.3.1 電極的制作和超級電容器的組裝
        2.3.2 電化學測試體系
        2.3.3 循環(huán)伏安測試
        2.3.4 恒流充放電測試
        2.3.5 交流阻抗測試
        2.3.6 拓寬電位測試
        2.3.7 計算方法
第3章 基于咖啡渣磷氧共摻雜碳材料的超電容性能研究
    3.1 引言
    3.2 基于咖啡渣含磷碳材料的制備
    3.3 碳材料的理化性質(zhì)分析
        3.3.1 孔結(jié)構(gòu)分析
        3.3.2 表面化學分析
    3.4 碳材料的電化學性能分析
        3.4.1 循環(huán)伏安測試
        3.4.2 恒流充放電測試
        3.4.3 拓展電位窗口測試
        3.4.4 寬電位窗口下的儲能機理探討
    3.5 超大碳基電容器的研制
        3.5.1 碳基電容器電極的制備
        3.5.2 碳基電容器單元的組裝和封裝
        3.5.3 碳基電容器性能的初步測試
    3.6 本章小結(jié)
第4章 基于果核纖維素磷氧共摻雜碳材料的超電容性能研究
    4.1 引言
    4.2 碳材料的制備
    4.3 碳材料的理化性質(zhì)分析
        4.3.1 表面形貌分析
        4.3.2 拉曼光譜分析
        4.3.3 孔結(jié)構(gòu)分析
        4.3.4 紅外光譜分析
        4.3.5 光電子能譜分析
    4.4 碳材料的電化學性能分析
        4.4.1 循環(huán)伏安測試
        4.4.2 恒流充放電測試
        4.4.3 交流阻抗測試
        4.4.4 循環(huán)性能測試
        4.4.5 拓展電位窗口測試
        4.4.6 不同電壓下循環(huán)穩(wěn)定性測試
        4.4.7 相關(guān)性分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于聚合物的磷氧氮共摻雜碳材料的超電容性能研究
    5.1 引言
    5.2 聚合物碳材料的制備
    5.3 碳材料的理化性質(zhì)分析
        5.3.1 表面形貌分析
        5.3.2 拉曼光譜分析
        5.3.3 孔結(jié)構(gòu)分析
        5.3.4 表面化學分析
        5.3.5 熱重分析
    5.4 碳材料的電化學性能分析
        5.4.1 循環(huán)伏安測試
        5.4.2 恒流充放電測試
        5.4.3 交流阻抗測試
        5.4.4 拓展電位窗口測試
        5.4.5 寬電位下的循環(huán)性能測試
    5.5 本章小結(jié)
第6章 三電極預(yù)處理對碳表面官能團和超電容性能的影響
    6.1 引言
    6.2 實驗部分
        6.2.1 碳材料制備及來源
        6.2.2 電化學測試過程
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 孔結(jié)構(gòu)分析
        6.3.2 三電極測試前后電化學性能變化
        6.3.3 三電極測試前后表面化學變化
        6.3.4 三電極測試對碳材料表面化學影響的機理探討
    6.4 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論
參考文獻
致謝
攻讀學位期間已發(fā)表的學術(shù)論文



本文編號：3803008