本文關(guān)鍵詞：超級(jí)電容器用多孔炭納米片的制備及其電化學(xué)性能

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【摘要】：超級(jí)電容器作為一種綠色的儲(chǔ)能器件,具有功率密度大、充放電時(shí)間短、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),備受科研人員的青睞。本文均以碳酸鈣為模板,KOH為活化劑,分別以石油瀝青、煤焦油、蒽油為碳源,制得多孔炭納米片材料。通過場發(fā)射掃描電鏡、透射電鏡、氮吸脫附、X-衍射光電子能譜、拉曼光譜分析等技術(shù)分析炭材料的形貌和孔結(jié)構(gòu),并測試其電化學(xué)性能。主要結(jié)論如下:以石油瀝青為碳源,制得多孔炭納米片(PCNs)。當(dāng)石油瀝青、碳酸鈣、KOH的質(zhì)量、活化溫度分別為4 g、12 g、12 g、850℃時(shí),所得材料命名為PCN4-850。PCN4-850的比表面積為1922 m2/g,總孔容為1.21 cm3/g,平均孔徑為2.51 nm。在6 M KOH電解液中,0.05 A/g電流密度下,PCN4-850的比容高達(dá)293 F/g,超級(jí)電容器的能量密度為10.2 Wh/kg;當(dāng)電流密度擴(kuò)大400倍后,比容保持率為78.8%。在5 A/g電流密度下,PCN4-850經(jīng)過5000次循環(huán)充放電后比容保持率為95.0%,顯示了較好的循環(huán)穩(wěn)定性;在BMIMPF6電解液中,0.05 A/g電流密度下,PCN4-850的比容為267 F/g,超級(jí)電容器的能量密度為148.3 Wh/kg。上述結(jié)果表明PCN4-850在水系電解液和離子電解液中均具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。以煤焦油為碳源,當(dāng)煤焦油、碳酸鈣、KOH的質(zhì)量、活化溫度分別為6 g、12 g、12 g、950℃時(shí),所得材料命名為PCN6-12-12-950,其比表面積為2079 m2/g,總孔容為1.52 cm3/g,平均孔徑為3.65 nm。在BMIMPF6電解液中,0.05 A/g電流密度下,PCN6-12-12-950的比容為172 F/g,能量密度高達(dá)95.12 Wh/kg;即使在功率密度為15055 W/kg的條件下,其可用能量密度仍有12.98 Wh/kg。在1 A/g電流密度下,PCN6-12-12-950電極經(jīng)過500次循環(huán)充放電后比容保持率為61.82%。以蒽油為碳源,制得卷曲狀多孔炭納米片材料(CPCNs)。當(dāng)蒽油、碳酸鈣、KOH的質(zhì)量、活化溫度分別為6 g、9 g、12 g、950℃時(shí),所得材料命名為CPCN6-950。當(dāng)活化溫度由900℃提高至1000℃,所得材料的比表面積和總孔容均減小,比表面積由1822 m2/g減小至1090 m2/g,總孔容由4.11 cm3/g減小至2.55 cm3/g。在BMIMPF6電解液中,0.05 A/g電流密度下,CPCN6-950的比容高達(dá)256 F/g,CPCN6-950基超級(jí)電容器的能量密度高達(dá)142.75 Wh/kg。在6 M KOH電解液中,經(jīng)過5000次循環(huán)充放電后,CPCN6-950的比容保持率為94.7%,顯示了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：超級(jí)電容器 碳酸鈣 多孔炭納米片 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 前言9-10
• 1.2 超級(jí)電容器簡介10-16
• 1.2.1 超級(jí)電容器的機(jī)理及分類10-14
• 1.2.2 超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)14
• 1.2.3 超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)14-15
• 1.2.4 超級(jí)電容器的應(yīng)用15-16
• 1.3 超級(jí)電容器電極材料16-20
• 1.3.1 金屬氧化物16-17
• 1.3.2 導(dǎo)電聚合物17
• 1.3.3 碳基材料17-20
• 1.4 超級(jí)電容器的電解液20-21
• 1.5 本文選題背景和研究內(nèi)容21-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)23-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料和儀器23-25
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料23-24
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器24-25
• 2.2 材料分析表征25-28
• 2.2.1 熱重分析25
• 2.2.2 場發(fā)射掃描電鏡25
• 2.2.3 透射電鏡25
• 2.2.4 氮吸脫附分析25-27
• 2.2.5 X-衍射光電子能譜分析27
• 2.2.6 X-射線衍射分析27-28
• 2.2.7 拉曼光譜分析28
• 2.3 電極材料的電化學(xué)性能測試28-32
• 2.3.1 恒流充放電測試28-29
• 2.3.2 循環(huán)伏安測試29-30
• 2.3.3 交流阻抗譜測試30-32
• 第三章 石油瀝青基多孔炭納米片的制備及其電化學(xué)性能32-50
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分33-35
• 3.1.1 石油瀝青基多孔炭納米片材料的制備33-34
• 3.1.2 電極的制備與超級(jí)電容器組裝34-35
• 3.2 結(jié)果與討論35-48
• 3.2.1 工業(yè)分析與元素分析35-36
• 3.2.2 熱重分析36-37
• 3.2.3 TEM分析37-38
• 3.2.4 氮吸脫附分析38-39
• 3.2.5 XPS分析39-42
• 3.2.6 Laman分析42-43
• 3.2.7 電化學(xué)性能測試43-48
• 3.3 本章小結(jié)48-50
• 第四章 煤焦油基多孔炭納米片的制備及其電化學(xué)性能50-61
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分50-52
• 4.1.1 多孔炭納米片材料的制備50-51
• 4.1.2 多孔炭納米片電極的制備與組裝51-52
• 4.2 結(jié)果與討論52-60
• 4.2.1 FESEM和SEM分析52-53
• 4.2.2 XRD分析53
• 4.2.3 氮吸脫附分析53-54
• 4.2.4 XPS分析54-56
• 4.2.5 電化學(xué)性能測試56-60
• 4.3 本章小結(jié)60-61
• 第五章 蒽油基卷曲狀多孔炭納米片的制備及其電化學(xué)性能61-75
• 5.1 實(shí)驗(yàn)部分61-63
• 5.1.1 卷曲狀多孔炭納米片的制備61-62
• 5.1.2 卷曲狀多孔炭納米片電極的制備與超級(jí)電容器的組裝62-63
• 5.2 結(jié)果與討論63-73
• 5.2.1 FESEM和TEM分析63-64
• 5.2.2 XRD分析64
• 5.2.3 氮吸脫附分析64-66
• 5.2.4 XPS分析66-68
• 5.2.5 Raman分析68
• 5.2.6 電化學(xué)性能測試68-73
• 5.3 本章小結(jié)73-75
• 第六章 結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)及其展望75-77
• 6.1 本文結(jié)論75-76
• 6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)76
• 6.3 下一步工作展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-84
• 攻讀碩士期間獲獎(jiǎng)和發(fā)表專利情況84-85
• 致謝85

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