本文關(guān)鍵詞：多孔炭的制備及其在不同電解質(zhì)體系的電容性能研究

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【摘要】：超級電容器作為一種新型儲(chǔ)能元件,兼具了電容器高功率和電池高比能的優(yōu)勢,具有功率密度高,循環(huán)壽命長,安全環(huán)保等優(yōu)勢,近年來被廣泛應(yīng)用在電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng),智能電網(wǎng),軍事,航空航天等方面。電極材料和電解質(zhì)作為超級電容器的重要組成部分,其開發(fā)研究是推動(dòng)整個(gè)超級電容器行業(yè)發(fā)展的重要因素,主要包括電極材料的設(shè)計(jì)合成,電解質(zhì)離子與電極材料孔尺寸的匹配,以及電解質(zhì)的開發(fā)等方面的研究。因此,研究不同電解質(zhì)體系孔結(jié)構(gòu)對多孔炭電容性能的影響,合成適用于不同電解質(zhì)體系的電極材料具有重要意義。本文研究了凝膠電解質(zhì)體系和離子液體體系下孔結(jié)構(gòu)對多孔炭電容性能的影響,并以殼聚糖為碳源,制備了多孔炭材料,研究了其在凝膠電解質(zhì)和離子液體電解質(zhì)下的電化學(xué)性能。具體包括以下兩個(gè)方面：(1)以實(shí)驗(yàn)室自合成的比表面積相近,孔結(jié)構(gòu)不同的兩類不同系列炭材料作為電極材料,考察了在凝膠電解質(zhì)和離子液體電解質(zhì)體系下孔結(jié)構(gòu)對多孔炭電容行為影響。實(shí)驗(yàn)表明在凝膠電解質(zhì)體系下微孔-介孔炭在相同電流密度下比電容值高于微孔炭,表明微孔-介孔孔道會(huì)有效提升電解質(zhì)離子在材料內(nèi)部的擴(kuò)散能力,進(jìn)而提高電化學(xué)性能；在離子液體電解質(zhì)體系中,同樣微孔-介孔炭在相同電流密度下比電容值高于微孔炭；且當(dāng)電極材料孔徑為4 nm時(shí),在0.5 Ag-1電流密度下具有最高的比電容值,表明孔徑為4 nm時(shí)有利于離子液體電解質(zhì)體系下雙電層的形成；當(dāng)孔徑大于4 nm時(shí),比較大的介孔利于提高電容器的動(dòng)力學(xué)過程,具有最優(yōu)異的倍率性能。(2)以殼聚糖作為碳源與氮源,F127作為軟模板膠束,殼聚糖中的-OH通過與F127中聚環(huán)氧乙烷段的氫鍵作用附著在表面活性劑膠束表面,而在水熱過程中帶正電的殼聚糖與帶負(fù)電的氧化石墨烯通過靜電作用相復(fù)合,除去模板得到氮自摻雜多孔炭材料。該材料介孔孔徑在3-4nm范圍,離子液體電解質(zhì)離子在材料孔內(nèi)形成雙電層結(jié)構(gòu)；炭材料骨架中含有還原氧化石墨烯,一方面作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,形成相互貫通的孔結(jié)構(gòu)能夠有效的縮短電解液的傳輸路徑,另一方面提高了材料的導(dǎo)電性。其在離子液體電解質(zhì)體系,0.5 A g-1電流密度下比電容值達(dá)到200 F g-1,能量密度達(dá)到110 Wh kg-1；在凝膠電解質(zhì)體系,0.2 A g-1電流密度下比電容值達(dá)到131 F g-1。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11

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本文編號：1250305