本文關(guān)鍵詞：活性碳纖維及其復(fù)合材料超級(jí)電容性能的研究

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【摘要】：超級(jí)電容器作為一種新興的儲(chǔ)能裝置，由于其具有高功率密度以及循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而引起了人們的廣泛關(guān)注，它有希望被用于便攜式電子設(shè)備、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、甚至是大型的工業(yè)設(shè)備上。在眾多的碳電極材料中，活性碳纖維由于具有較大的比表面積、良好的導(dǎo)電性以及優(yōu)秀的柔韌性而被大家普遍看好。本論文的研究重點(diǎn)為通過(guò)優(yōu)化活化條件找到活性碳纖維的最佳制備方法，并在此基礎(chǔ)上對(duì)活性碳纖維材料進(jìn)行表面改性以及材料復(fù)合，揭示出比表面積、孔徑分布情況和材料表面性質(zhì)對(duì)材料電化學(xué)性能的影響，并對(duì)復(fù)合材料的協(xié)同作用進(jìn)行探究。具體內(nèi)容如下： 以聚丙烯腈基預(yù)氧絲為原材料，通過(guò)碳化與二氧化碳活化兩步得到活性碳纖維，并調(diào)控活化時(shí)間分別為1h、3h和5h來(lái)制備不同樣品，通過(guò)X射線衍射、氮?dú)馕?掃描電子顯微鏡以及拉曼光譜等測(cè)試手段，對(duì)所制得材料的結(jié)晶程度、形貌、比表面積以及孔徑分布等情況進(jìn)行研究，然后結(jié)合循環(huán)伏安、恒電流充放電、交流阻抗等電化學(xué)分析測(cè)試方法，采用對(duì)稱電極的測(cè)試方式在6M的KOH電解液中研究不同活化時(shí)間所得材料的電化學(xué)性能，結(jié)果表明活化時(shí)間為3h所制得的材料比表面積最大且電化學(xué)性能最好，比表面積達(dá)到了469m2g-1，在0.5mAcm-2的電流密度下測(cè)試，比電容更是達(dá)到了140Fg-1。 通過(guò)使用濃度為35%、65%和95%的硝酸對(duì)已制備的活性碳纖維材料進(jìn)行熱處理來(lái)完成材料的表面改性。碳纖維的硝酸熱處理是通過(guò)兩個(gè)簡(jiǎn)單的步驟實(shí)現(xiàn)的：首先把原始的活性碳纖維浸潤(rùn)在硝酸中12h，之后把活性碳纖維過(guò)濾出來(lái)在80攝氏度下熱處理12h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，濃度為65%的硝酸熱處理過(guò)的活性碳纖維含有更多的含C-O鍵的官能團(tuán)，同時(shí)比表面積仍能保持在428m2g-1（原始活性碳纖維的比表面積468m2g-1），導(dǎo)致了其可達(dá)比表面積達(dá)到了最大值并且產(chǎn)生了很高的贗電容。與原始碳纖維相比較在0.5mAcm-2的電流密度下其電容值提升了54%，，從140Fg-1增加到了214Fg-1,即使在100mAcm-2的大電流密度下，它的電容值仍能保持在160Fg-1（是原始材料的4倍）。3000次充放電循環(huán)后容量保持率仍接近100%。 以高錳酸鉀和已制備的活性碳纖維為原料按照不同的比例原位微波水熱合成活性碳纖維/二氧化錳復(fù)合材料。通過(guò)物性測(cè)試對(duì)不同復(fù)合比例材料的形貌、結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行詳細(xì)的表征，并采用三電極測(cè)試法在1M硫酸鈉電解液中對(duì)材料進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含63%二氧化錳的復(fù)合材料的電化學(xué)性能最好，其綜合了活性碳纖維的倍率性以及二氧化錳的高容量，0.5mAcm-2電流密度下的容量適中為130Fg-1；大電流下表現(xiàn)優(yōu)異，在50mAcm-2的大電流密度下，復(fù)合材料的比電容為94Fg-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了二氧化錳的3Fg-1和活性碳纖維的27Fg-1。
【關(guān)鍵詞】：超級(jí)電容器 聚丙烯腈基活性碳纖維 二氧化碳活化法 硝酸熱處理 活性碳纖維/二氧化錳復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM53
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-33
• 1.1 引言12-13
• 1.2 超級(jí)電容器概述13-19
• 1.2.1 超級(jí)電容器的原理14-16
• 1.2.2 超級(jí)電容器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展16-18
• 1.2.3 超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)18-19
• 1.3 超級(jí)電容器電極材料的發(fā)展?fàn)顩r19-23
• 1.3.1 碳材料19-22
• 1.3.2 金屬氧化物材料22
• 1.3.3 導(dǎo)電聚合物材料22-23
• 1.4 論文選題目的、意義和研究?jī)?nèi)容23-26
• 1.4.1 問(wèn)題的提出23-24
• 1.4.2 目的和意義24
• 1.4.3 研究?jī)?nèi)容24-25
• 1.4.4 創(chuàng)新點(diǎn)25-26
• 參考文獻(xiàn)26-33
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法33-38
• 2.1 材料的物理性質(zhì)表征技術(shù)33-34
• 2.1.1 掃描電鏡33
• 2.1.2 透射電鏡33
• 2.1.3 X射線衍射33-34
• 2.1.4 比表面積測(cè)試和孔徑分布測(cè)試34
• 2.1.5 拉曼光譜34
• 2.2 材料的電化學(xué)測(cè)量技術(shù)34-36
• 2.2.1 循環(huán)伏安法34-35
• 2.2.2 恒流充放電35
• 2.2.3 電化學(xué)阻抗35-36
• 參考文獻(xiàn)36-38
• 第三章 活化時(shí)間對(duì)活性碳纖維性質(zhì)的影響38-51
• 3.1 引言38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分38-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)所用材料與試劑38-39
• 3.2.2 活性碳纖維的制備39-40
• 3.2.3 活性碳纖維電極的制作40
• 3.3 測(cè)試及分析40-48
• 3.3.1 活性碳纖維的物理測(cè)試及結(jié)果分析40-45
• 3.3.2 活性碳纖維的電化學(xué)測(cè)試及結(jié)果分析45-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 參考文獻(xiàn)49-51
• 第四章 硝酸熱處理改性對(duì)活性碳纖維性質(zhì)的影響51-67
• 4.1 引言51-52
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分52-53
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)所用材料與試劑52
• 4.2.2 活性碳纖維的硝酸熱處理52
• 4.2.3 電極的制作52-53
• 4.3 測(cè)試與分析53-64
• 4.3.1 硝酸熱處理材料物理性質(zhì)的測(cè)試與結(jié)果分析53-59
• 4.3.2 硝酸熱處理材料電化學(xué)性質(zhì)的測(cè)試與結(jié)果分析59-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 參考文獻(xiàn)65-67
• 第五章 ACF/MnO_2復(fù)合材料的制備與電化學(xué)協(xié)同作用67-84
• 5.1 引言67-68
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分68-70
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)所用材料與試劑68
• 5.2.2 不同比例ACF/MnO_2復(fù)合材料的制備68-69
• 5.2.3 復(fù)合材料電極的制備69-70
• 5.3 測(cè)試與分析70-81
• 5.3.1 不同比例復(fù)合材料物理性質(zhì)的測(cè)試與結(jié)果分析70-76
• 5.3.2 不同比例復(fù)合材料電化學(xué)性質(zhì)的測(cè)試與結(jié)果分析76-81
• 5.4 本章小結(jié)81-82
• 參考文獻(xiàn)82-84
• 第六章 結(jié)論與建議84-87
• 6.1 全文結(jié)論84-86
• 6.2 工作建議86-87
• 作者簡(jiǎn)介及碩士期間取得的科研成果87-88
• 致謝88

【參考文獻(xiàn)】

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7 楊紅生,周?chē)[,馮天富,湯孝平;電化學(xué)電容器最新研究進(jìn)展 I.雙電層電容器[J];電子元件與材料;2003年02期

8 張治安,鄧梅根,胡永達(dá),楊邦朝;電化學(xué)電容器的特點(diǎn)及應(yīng)用[J];電子元件與材料;2003年11期

9 曾漢民;郭錫坤;潘純?nèi)A;于衛(wèi)紅;呂泓;;活性碳纖維NACF的碳化——活化機(jī)理的研究[J];合成纖維工業(yè);1983年04期

10 陳東生,敖玉輝,李永貴,李全明;活性碳纖維的研究與應(yīng)用[J];化工新型材料;2000年08期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 高宇;超級(jí)電容器用新型高比表面積碳材料電化學(xué)性能研究[D];吉林大學(xué);2012年

本文編號(hào)：822038