發(fā)布時間：2017-05-18 08:18

  本文關(guān)鍵詞：摻氮多孔碳的制備及其電化學(xué)性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：摻氮多孔碳(NPC)作為一種理想的電極材料,由于其高的比表面積、特殊的孔結(jié)構(gòu)以及大的孔體積吸引了越來越多研究者的關(guān)注,但是其差的電子導(dǎo)電性以及低的能量密度和功率密度限制了其在實際中的應(yīng)用。本論文采用不同方法制備出了形貌新穎的摻氮多孔碳,并對其電化學(xué)性能做了詳細(xì)的研究。采用溶膠凝膠法制備出了摻氮多孔梅枝狀碳材料,三聚氰胺-700樣品具有最大的含氮量(4.4%)、最高的比表面積(308.5 m2·g-1);三聚氰胺-700電極材料表現(xiàn)了最佳的電化學(xué)性能:好的容量性能(電流密度等于0.3 A·g-1時,比容量為254.5 F·g-1)、出色的倍率性能(電流密度等于10.0 A·g-1時,容量為201.5 F·g-1,高達(dá)79.2%的容量保持率)以及優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性(3300次循環(huán)后,比容量為194.5 F·g-1,容量保持率高達(dá)96.5%)。采用常溫模板法制備出了氮摻雜的3D網(wǎng)狀分級多孔碳泡沫體,最佳溫度750°C下制備的NPC-750樣品具有高的比表面積(424.941 m2·g-1)、合適的含氮量(1.22%)以及有利的孔徑分布(3-4 nm),并且表現(xiàn)出了最好的電化學(xué)性能:在電流密度為0.5 A·g-1,NPC-750比容量高達(dá)239.30 F·g-1,電流密度增加到10.0 A·g-1時,NPC-750容量仍舊維持在212.90 F·g-1,高達(dá)88.97%的容量保持率;5000次循環(huán)后,NPC-750比容量衰減率不到10%,容量穩(wěn)定在200 F·g-1。利用生物質(zhì)皮皮蝦殼直接碳化的方法制備出了氮摻雜的3D多孔層狀結(jié)構(gòu)的碳材料(NPLC),最佳溫度750°C下制備的NPLC-750樣品具有高的比表面積(1275.793 m2·g-1)、分等級的孔結(jié)構(gòu)以及合適的氮含量(1.78%)。NPLC-750材料展現(xiàn)了最突出的電化學(xué)性能:在電流密度為0.3 A·g-1,NPLC-750°C材料的比容量高達(dá)312.62 F·g-1,電流密度增加到20 A·g-1時,其比容量仍舊保持在278.65 F·g-1,容量保持率高達(dá)89.13%,表明NPLC-750具有高的比容量和良好的倍率性能;10000次循環(huán)后,電極材料的比容量為262.37 F·g-1,容量保持率高達(dá)93.97%,表明該材料具有極好的循環(huán)穩(wěn)定性。另外,通過對稱的全電池測試顯示,在功率密度為270 W·Kg-1時,NPLC-750能量密度高達(dá)15.05 Wh·Kg-1,甚至功率密度高達(dá)14580 W·Kg-1時,其能量密度仍保持在10.12 Wh·Kg-1。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 摻氮多孔碳 電化學(xué)性能 電子導(dǎo)電性
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM53;TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 研究背景和意義11
• 1.2 超級電容器概述11-15
• 1.2.1 超級電容器基本概念11-12
• 1.2.2 超級電容器結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.3 超級電容器的分類13
• 1.2.4 超級電容器的充放電原理13-15
• 1.3 超級電容器電極材料15-21
• 1.3.1 摻氮多孔碳電極材料15-17
• 1.3.2 摻氮多孔碳的制備17-21
• 1.4 課題研究目的及主要內(nèi)容21-23
• 第2章 實驗方法23-30
• 2.1 實驗藥品和實驗儀器23-24
• 2.2 電極材料的制備24-26
• 2.2.1 溶膠凝膠法制備摻氮多孔碳材料24-25
• 2.2.2 常溫模板法制備摻氮多孔碳材料25
• 2.2.3 水熱模板法制備摻氮多孔碳材料25
• 2.2.4 KOH浸漬生物質(zhì)法制備摻氮碳多孔碳25-26
• 2.3 電極的制備及模擬電池的組裝26-27
• 2.3.1 電極的制備26
• 2.3.2 模擬電池的組裝26-27
• 2.4 材料的結(jié)構(gòu)表征27-28
• 2.4.1 掃描電鏡(SEM)分析27
• 2.4.2 透射電鏡(TEM)分析27
• 2.4.3 X射線衍射(XRD)分析27
• 2.4.4 熱重-差熱分析27
• 2.4.5 比表面積分析27-28
• 2.4.6 X射線光電子能譜(XPS)分析28
• 2.5 電化學(xué)性能表征28-30
• 2.5.1 循環(huán)伏安測試28
• 2.5.2 交流阻抗測試28-29
• 2.5.3 充放電測試29-30
• 第3章 溶膠凝膠法制備摻氮多孔碳及電化學(xué)性能研究30-38
• 3.1 溶膠凝膠法制備材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征30-33
• 3.1.1 TEM形貌表征30-31
• 3.1.2 XRD表征31-32
• 3.1.3 N2吸脫附測試32-33
• 3.1.4 XPS測試33
• 3.2 溶膠凝膠法制備材料的電化學(xué)性能分析33-37
• 3.2.1 CV和恒流充放電測試33-35
• 3.2.2 倍率和壽命曲線35-36
• 3.2.3 阻抗譜分析36-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第4章 聚合物熱解法制備摻氮多孔碳及電化學(xué)性能研究38-50
• 4.1 常溫攪拌和水熱兩種方法下制備樣品對比分析38-41
• 4.1.1 TEM表征分析38-39
• 4.1.2 電化學(xué)性能分析39-41
• 4.2 常溫-NPCs樣品的表征分析41-49
• 4.2.1 NPCs的結(jié)構(gòu)和形貌表征41-45
• 4.2.2 NPCs材料的電化學(xué)性能表征45-49
• 4.3 本章小結(jié)49-50
• 第5章 皮皮蝦殼碳化制備摻氮多孔碳及電化學(xué)性能研究50-65
• 5.1 NPLCs結(jié)果與討論50-60
• 5.1.1 NPLCs形貌和結(jié)構(gòu)表征50-56
• 5.1.2 NPLCs電化學(xué)性能分析56-60
• 5.2 皮皮蝦殼和三聚氰胺甲醛樹脂復(fù)合的初步探索60-63
• 5.2.1 C/C-1:2 材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征60-61
• 5.2.2 C/C材料的電化學(xué)性能61-63
• 5.7 本章小結(jié)63-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻(xiàn)66-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果72-73
• 致謝73-74
• 作者簡介74

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