本文關(guān)鍵詞： 聚吡咯 炭納米纖維 石墨烯納米片 多孔石墨化炭 超級(jí)電容器 鋰離子電池　出處：《青島科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：活性炭、碳?xì)饽z、碳納米結(jié)構(gòu),價(jià)格低廉、廣泛碳源和多方優(yōu)良性能作為超級(jí)電容器電極材料和鋰離子電池電極材料已經(jīng)吸引了人們的關(guān)注。由于贗電容的存在,在碳材料中摻雜氮原子、硫原子、磷原子、硼原子,能夠有效的提高超級(jí)電容器容量和導(dǎo)電性,同時(shí)雜原子能夠在碳原子中形成許多的缺陷而改變碳原子的結(jié)構(gòu),能夠?yàn)殇囯x子電池對(duì)鋰離子的吸附提供更多的位置。導(dǎo)電聚合物(聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩),作為含氮的前驅(qū)體,經(jīng)過碳化和活化處理,已經(jīng)被應(yīng)用于超級(jí)電容器中。石墨烯由于能夠在雙面附著鋰離子,作為鋰離子電池電極材料,其理論的容量為740 mAh g-1,由于其高的比表面積、高的導(dǎo)電率、高的理論容量和較短的鋰離子擴(kuò)散路徑,已經(jīng)成為鋰離子電池負(fù)極的一種好的替代。本文我們合成了幾種不同形貌的聚吡咯前驅(qū)體,并且通過一步活化碳化方法合成了高性能的超級(jí)電容器電極材料。我們還合成了聚吡咯/氧化石墨的復(fù)合材料,并經(jīng)過一步高溫碳化,獲得了良好的鋰離子電池負(fù)極材料,主要研究內(nèi)容如下：(1)以聚吡咯纖維為前驅(qū)體,以ZnCl2為活化劑,通過一步活化碳化的方法獲得了多孔的含氮炭納米纖維(ACN)。掃描電鏡顯示制備的碳納米纖維相互的連接在了一起,與聚吡咯纖維前驅(qū)體的形貌相似。透射電鏡顯示活化含氮炭是無定型的并且表面含有很多的微孔/介孔結(jié)構(gòu)。ACN具有微孔和介孔結(jié)構(gòu),比表面積高達(dá)1062.22 m2 g-1,并且具有高的氮含量(8.47 at.%)和低的氧含量(5.25 at.%)。作為超級(jí)電容器電極,ACN比沒有活化的CN具有更好的電化學(xué)性能,在0.5 A g-1時(shí)比容量為290.2 F g-1,而且擁有良好的倍率性能,在電流密度為50 A g-1時(shí),比容量仍為180.5 F g-1。在長循環(huán)測試中,ACN在電流密度10A g-1時(shí)經(jīng)歷一千個(gè)循環(huán)后的容量保持率為97%。ACN電極具有較好的電化學(xué)性質(zhì)的原因可以歸于其高的氮含量提供更多的贗電容,高的比表面積和良好的孔徑分布促進(jìn)電子在電解液中的遷移。(2)通過高溫碳化在氧化石墨表面化學(xué)氧化聚合的聚吡咯/氧化石墨復(fù)合材料,我們獲得了含氮炭/石墨烯復(fù)合納米片(CGC)。 CGC的比表面積高達(dá)106.22 m2g-1,孔體積達(dá)到了0.382 m3 g-1,含氮量為7.86 at.%。在石墨烯的表面包覆含氮炭材料能夠有效的避免氧化石墨在高溫還原時(shí)發(fā)生相互的粘連。作為鋰離子電池負(fù)極材料,CGC比單純的聚吡咯球碳化表現(xiàn)出更好的電化學(xué)性能。CGC在1Ag-1的可逆容量達(dá)到了651.5 mAh g-1,在10Ag-1的容量仍保持了363.7 mAh g-1,表現(xiàn)出了很好的倍率性能。在1A g-1經(jīng)過100次循環(huán)后CGC的容量保持率為100%。CGC良好的倍率性能是由于其高電導(dǎo)率有利于電子輸運(yùn),而高比表面積可以提供更多的鋰離子吸附點(diǎn),同時(shí)縮短鋰離子擴(kuò)散路徑。(3)以聚吡咯為前驅(qū)體,以氫氧化鎳為催化劑,以氫氧化鉀為活化劑,通過一步碳化-催化-活化合成了三維的多孔含氮石墨化炭(HPGC)。XRD圖譜表明HPGC具有好的石墨化程度。經(jīng)活化后,HPGC的比表面積達(dá)到了2487.2 m2 g-1,孔容達(dá)到了1.53 cm3 g-1,微孔的孔容為0.4 cm3 g-1,平均孔徑為1.9 nm。作為超級(jí)電容器電極材料,以lmol L-1 H2SO4為電解液,HPGC在電流密度為0.5 A g-1的比容量為350.2 F g-1,在電流密度達(dá)到20A g-1時(shí)比容量為260 F g-1,即使在電流密度達(dá)50A g-1時(shí)容量的保持率為64.7%。HPGC在循環(huán)1000次后,容量沒有下降。HPGC的良好的電化學(xué)性能和它的簡單易合成的特點(diǎn)使其有望成為新的超級(jí)電容器電極材料。
[Abstract]:A kind of electrode material of lithium ion battery has been synthesized by one - step activation and carbonization . As a super capacitor electrode , acn has better electrochemical performance than the un - activated CN , and has a specific capacity of 290.2 F g - 1 at 0.5 A g - 1 , and has a specific capacity of 180.5 F g - 1 at a current density of 50 A g - 1 . In the long cycle test , the acn electrode has a better electrochemical properties due to its high nitrogen content providing more pseudo - capacitance , high specific surface area and good pore size distribution to promote the migration of electrons in the electrolyte . The specific surface area of HPGC is as high as 106 . 22 m2g - 1 , the pore volume reaches 0.382 m3 / g - 1 , the nitrogen content is 7.86 at . % .

【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.1

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