本文關(guān)鍵詞：利用模板法合成超電容炭材料研究

  更多相關(guān)文章： 超級(jí)電容器 模板炭化法 多孔炭材料 電化學(xué)性能

【摘要】：超級(jí)電容器是近年來迅速發(fā)展的一種能量存儲(chǔ)裝置,是介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間具有快速充放電的新型功率型能量?jī)?chǔ)存器件,應(yīng)用前景廣闊。研究表明,超級(jí)電容器中的電極材料對(duì)其性能起著決定性的作用。其中,炭材料具有導(dǎo)電性性好、比表面積大、孔結(jié)構(gòu)可控、密度低、來源廣泛、價(jià)格低廉等優(yōu)良特點(diǎn)。所以炭材料作為超級(jí)電容器的電極材料受到人們的高度關(guān)注。本論文采用模板炭化法制備超級(jí)電容器多孔炭材料,通過改變碳源類型、模板類別、炭化溫度、炭化時(shí)間、質(zhì)量比、摻氮等手段,以達(dá)到炭材料具有比表面積大、孔容高、孔徑分布可調(diào)控、能量密度和功率密度高等目的,制備出了結(jié)構(gòu)可控、電容性能優(yōu)異的炭材料。論文的主要內(nèi)容如下：1.利用羧甲基纖維素鈉(C8H16NaO8; NaCMC)為原料制備多孔炭材料及其電化學(xué)性能的研究。這是一種合理制備具有高電化學(xué)性能的納米多孔炭材料的模板炭化法,其中NaCMC作為碳源,價(jià)格低廉的Mg(OAc)2-4H2O和Zn(OAc)2-2H2O作為模板。這種方法揭示了碳源與模板之間的質(zhì)量比以及炭化溫度是決定炭結(jié)構(gòu)的重要因素。樣品NaCMC-Mg-Zn-1:5:0.5表現(xiàn)出了極好的多孔性：高的比表面積(1569 m2g-1)、大的總孔容(5.93 cm3g-1)、合理的孔徑分布。此外,制備出的炭樣品分別在二電極體系和三電極體系中測(cè)試了電化學(xué)性能。結(jié)果顯示,炭樣品在電流密度為1Ag-1時(shí)質(zhì)量比電容高達(dá)428.4 F g-1,并且具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。當(dāng)功率密度為1.5 kW kg-1時(shí),能量密度高達(dá)68.6 Wh kg-1。在本實(shí)驗(yàn)中用到的模板很廉價(jià),商業(yè)上可用,尤其是碳化過程并沒有使用任何物理或者化學(xué)活化,可以很簡(jiǎn)單的推廣到其它制備納米多孔炭的類型上2.利用檸檬酸鋅(Zn3(C6H5O7)2·2H2O)制備多孔炭材料及其電化學(xué)性能的研究。本實(shí)驗(yàn)展示了單一的模板炭化法制備納米多孔炭材料,在這里Zn3(C6H5O7)2·2H2O既可以作為碳源也可以作為模板。為了進(jìn)一步提高炭樣品的電化學(xué)性能,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中采用了氯化鋅(ZnCl2)作為活化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示比表面積從740.5 m2 g-1增大到1244.2 m2 g-1,總孔容從1.96 cm3 g-1增加到2.21 cm3g-1,在2 A g-1的電流密度下,質(zhì)量比電容從194.8 F g-1增加到335.6 F g-1,電容保留性從83.7%增到到96.5%,這表明添加ZnCl2作為活化劑會(huì)大大地改變炭樣品的結(jié)構(gòu),并且能提高炭樣品的電化學(xué)性能。這種采用ZnCl2為活化劑的模板炭化法是一種有效制備納米多孔炭的方法。3.利用雙硫腙(C6H5NHNHCSN=NC6H5)和二苯基偶氮碳酰肼(C13H12N4O)制備納米多孔炭材料及其電化學(xué)性能的研究。(1)分別在800℃的氬氣氛圍下炭化C6H5NHNHCSN=NC6H5和金屬鎂(Mg)的混合物、C6H5NHNHCSN=NC6H5和金屬鋅(Zn)的混合物,以此制備納米多孔炭材料。通過恒流充放電、循環(huán)伏安等電化學(xué)測(cè)試方法測(cè)試納米多孔炭材料的電化學(xué)性能,并比較兩種不同的模板對(duì)制備納米多孔炭材料的影響；結(jié)果表明C6H5NHNHCSN=NC6H5和Mg在質(zhì)量比為1：1時(shí)電化學(xué)性能最好：在1 Ag-1的電流密度下,質(zhì)量比電容高達(dá)229.3 Fg-1；在40Ag-1·的高電流密度下仍有74.8 F g-1。 (2)分別以C6H5NHNHCSN=NC6H5和C13H12N4O為碳源,硝酸鎂(Mg(NO3)2·6H2O)為模板,制備納米多孔炭材料；通過恒流充放電、循環(huán)伏安等電化學(xué)測(cè)試方法測(cè)試出納米多孔炭材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明C6H5NHNHCSN=NC6H5和Mg(NO3)2·6H2O在質(zhì)量比為1：3時(shí)質(zhì)量比電容最高,倍率性能最好。在1 Ag-1的電流密度下,質(zhì)量比電容有268.5 F g-1,在20Ag-1時(shí)比電容仍有146 Fg-1,保有率為54.38%。
【關(guān)鍵詞】：超級(jí)電容器 模板炭化法 多孔炭材料 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)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】：

• 致謝7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-17
• 第一章 緒論17-28
• 1.1 超級(jí)電容器簡(jiǎn)介17-21
• 1.1.1 電化學(xué)電容器的特點(diǎn)17-18
• 1.1.2 超級(jí)電容器的分類18-20
• 1.1.3 炭電極材料的工作原理20-21
• 1.2 多孔炭材料的制備方法21-26
• 1.2.1 物理活化法21
• 1.2.2 化學(xué)活化法21-22
• 1.2.3 模板炭化法22-26
• 1.3 本論文的選題背景及研究?jī)?nèi)容26-28
• 1.3.1 選題背景26-27
• 1.3.2 主要研究?jī)?nèi)容27-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法及原理28-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)主要藥品及儀器28-29
• 2.2 材料的表征方法29-31
• 2.2.1 熱重分析(TG)29-30
• 2.2.2 X-射線衍射(XRD)30
• 2.2.3 X-射線光電子能譜(XPS)30
• 2.2.4 比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析(BET)30
• 2.2.5 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)30
• 2.2.6 高分辨率透射電鏡(HRTEM)30-31
• 2.2.7 激光拉曼光譜儀(RAMAN)31
• 2.3 電化學(xué)性能測(cè)試31-35
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)電極的制作31
• 2.3.2 循環(huán)伏安測(cè)試31-32
• 2.3.3 恒流充放電測(cè)試32-34
• 2.3.4 交流阻抗測(cè)試34-35
• 第三章 利用羧甲基纖維素鈉模板炭化法制備多孔炭用于超級(jí)電容器35-53
• 3.1 引言35-36
• 3.2 利用羧甲基纖維素鈉制備多孔炭材料36-53
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)過程36-37
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論37-45
• 3.2.3 輔助材料45-52
• 3.2.4 結(jié)論52-53
• 第四章 利用檸檬酸鋅制備模板法多孔炭材料及其電化學(xué)性能研究53-63
• 4.1 引言53-54
• 4.2 利用檸檬酸鋅制備多孔炭材料及其電化學(xué)性能研究54-63
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)過程54
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論54-61
• 4.2.3 結(jié)論61-63
• 第五章 利用雙硫腙制備多孔炭材料及其電化學(xué)性能研究63-78
• 5.1 引言63-64
• 5.2 以雙硫腙為碳源制備多孔炭材料及其電化學(xué)性能能研究64-72
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)過程64
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論64-72
• 5.2.3 結(jié)論72
• 5.3 分別以雙硫腙二苯基偶氮碳酰肼為碳源、硝酸鋅為模板制備多孔炭材料制備多孔炭材料及其電化學(xué)性能能研究72-77
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)部分72-73
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論73-77
• 5.3.3 結(jié)論77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 全文結(jié)論與展望78-80
• 6.1 全文結(jié)論78-79
• 6.2 展望79-80
• 附錄一 攻讀碩士學(xué)位期間獲得的成果80-81
• 參考文獻(xiàn)81-85

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張傳香;何建平;周建華;趙桂網(wǎng);陳秀;王濤;;有序介孔碳CMK-3微波負(fù)載NiO及其電容性能研究[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2008年06期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

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3 曾麗君;大孔碳及其復(fù)合材料在電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用[D];東北師范大學(xué);2013年

4 謝東華;基于金屬配合物為前軀體可控合成多孔炭材料及電化學(xué)性能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2014年

5 陳崇;利用模板法合成氮摻雜多孔炭材料及超電容性能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：859137