本文關(guān)鍵詞：多孔炭的一步制備及在無機鹽電解液中電化學性能研究

  更多相關(guān)文章： 有機鹽 摻氮多孔炭 一步炭化法 硝酸鹽 電導率 電化學性能

【摘要】：超級電容器作為一種新型儲能設(shè)備,主要的缺陷是較低的能量密度。新型炭材料由于具有高比表面積、發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)以及良好的導電性能而廣泛應(yīng)用于超級電容器電極材料。水系電解質(zhì)溶液具有良好的電導率、低粘度、廉價、無腐蝕和電化學性能穩(wěn)定等優(yōu)點,可作為最有潛力的超級電容器電解質(zhì)溶液。因此,如何選用合適的前驅(qū)體制備性能優(yōu)異的炭材料及雜原子摻雜炭材料;進一步探討水系電解質(zhì)溶液超電容性能對改善超級電容器能量密度顯得尤為重要。本論文致力于高性能多孔炭材料制備及其雜原子摻雜的制備與表征;將其應(yīng)用于超級電容器電極材料,硝酸鹽水溶液作為電解質(zhì)溶液,對其電化學性能進行系統(tǒng)的研究;對硝酸鹽水溶液電導率與電化學性能之間的關(guān)系進行了研究。本論文主要包括以下幾個方面:(1)有機鹽基多孔炭材料的制備與表征:分別以酒石酸鹽、腐殖酸鹽和鄰苯二甲酸氫鉀為前驅(qū)體,采用一步炭化法制備了形態(tài)各異的有機鹽基多孔炭材料。考察了炭化條件(溫度、時間)對其微觀結(jié)構(gòu)和電化學性能的影響。研究表明有機鹽基多孔炭材料具有高比表面積、發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、良好的電導率和電化學性能。腐植酸鉀基多孔炭材料比表面積達到890 m2 g-1,在電流密度為0.5 A g-1時,比電容高達232 F g-1(26.1μF cm 2);酒石酸鉀基蜂窩狀多孔炭材料比表面積可達1290 m2 g 1,在電流密度為0.7 A g 1時,比電容達到296 F g 1(29.1μF cm 2);鄰苯二甲酸氫鉀基微孔炭材料比表面積可達1118 m2 g-1,在電流密度為0.1 A g-1時比電容高達243 F g-1(21.7μF cm-2)。(2)有機鹽基摻氮多孔炭材料的制備與表征:以生化黃腐酸鉀為前驅(qū)體,在惰性的氛圍中采用一步炭化法制備了生化黃腐酸鉀基摻氮多孔炭材料。生化黃腐酸鉀基摻氮多孔炭材料具有高比表面積(2142 m2 g-1)和孔隙結(jié)構(gòu)(1.35 cm3 g-1),并且具有較高的含氮量(4.66%)。生化黃腐酸鉀基氮摻雜多孔炭材料也表現(xiàn)出了優(yōu)異的電容性能(在0.5 A g-1時,比電容達到235 F g-1(14.50μF cm-2))、高倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。(3)一步炭化法機理探討:對一步炭化有機鹽制備多孔炭材料的反應(yīng)機理進行了探討表明:熱分解過程中生成的金屬鉀單質(zhì),在高溫下氣化形成的蒸汽能有效的嵌入到碳基晶格之間,導致碳晶格的膨脹和破壞,從而有利于孔結(jié)構(gòu)的形成。另外,炭化過程中生成的CO2氣體有助于微孔結(jié)構(gòu)的形成。(4)硝酸鹽水溶液電化學性能的考察:以不同濃度的硝酸鹽水溶液為電解質(zhì)溶液,對電導率與電化學性能之間的關(guān)系研究表明:電導率對硝酸鹽水溶液電化學性能具有重要的意義,但不具有線性關(guān)系。當電化學電位窗口遠遠超出其理論分解電壓時,經(jīng)過5000次的恒電流充放電后,仍有良好的電容保留率和倍率性能。因此,無機鹽水溶液可作為超級電容器最有潛力的電解質(zhì)溶液。
【關(guān)鍵詞】：有機鹽 摻氮多孔炭 一步炭化法 硝酸鹽 電導率 電化學性能
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 引言12
• 1.2 超級電容器簡介12-13
• 1.2.1 分類及其特點12-13
• 1.2.2 組成及其性能13
• 1.3 電極材料13-16
• 1.3.1 新型炭材料13-16
• 1.3.2 金屬氧化物16
• 1.3.3 導電聚合物16
• 1.4 電解質(zhì)溶液16-17
• 1.5 研究意義、內(nèi)容及目標17-19
• 1.5.1 研究意義17
• 1.5.2 研究內(nèi)容17-18
• 1.5.3 研究目的18-19
• 第二章 酒石酸鹽基海綿狀微孔炭的制備及電化學性能研究19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 實驗部分19-22
• 2.2.1 實驗儀器及藥品19-20
• 2.2.2 材料制備20-21
• 2.2.3 結(jié)構(gòu)性能表征21
• 2.2.4 電化學性能實驗21-22
• 2.3 結(jié)果與討論22-31
• 2.3.1 物相分析22-23
• 2.3.2 微觀結(jié)構(gòu)23-27
• 2.3.3 電化學性能27-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第三章 生物質(zhì)基氮摻雜多孔炭材料的制備及電化學性能研究33-50
• 3.1 引言33
• 3.2 實驗部分33-35
• 3.2.1 實驗儀器及藥品33-34
• 3.2.2 材料制備34-35
• 3.2.3 結(jié)構(gòu)性能表征35
• 3.2.4 電化學性能實驗35
• 3.3 結(jié)果與討論35-48
• 3.3.1 腐殖酸鹽基多孔炭材料35-43
• 3.3.2 生化黃腐酸鉀基摻氮多孔炭材料43-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第四章 鄰苯二甲酸氫鉀基微孔炭材料的制備及電化學性能研究50-58
• 4.1 引言50
• 4.2 實驗部分50-51
• 4.2.1 實驗儀器及藥品50
• 4.2.2 材料制備50-51
• 4.2.3 結(jié)構(gòu)性能表征51
• 4.2.4 電化學性能實驗51
• 4.3 結(jié)果與討論51-57
• 4.3.1 一步炭化法的反應(yīng)機理探討51-52
• 4.3.2 物相分析52-53
• 4.3.3 微觀結(jié)構(gòu)53-54
• 4.3.4 XPS分析54-55
• 4.3.5 電化學性能55-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第五章 有機鹽基多孔炭材料在無機鹽溶液中電化學性能研究58-73
• 5.1 引言58
• 5.2 實驗部分58-59
• 5.2.1 實驗儀器及試劑58
• 5.2.2 電導率測試58-59
• 5.2.3 電化學性能測試59
• 5.3 LiNO_3水溶液的電化學性能59-63
• 5.3.1 LiNO_3水溶液的電導率59
• 5.3.2 LiNO_3水溶液的優(yōu)化59-61
• 5.3.3 LiNO_3水溶液的最佳電位窗口61-62
• 5.3.4 LiNO_3水溶液的循環(huán)穩(wěn)定性62-63
• 5.4 KNO_3水溶液的電化學性能63-67
• 5.4.1 KNO_3水溶液的電導率63
• 5.4.2 KNO_3水溶液的優(yōu)化63-66
• 5.4.3 KNO_3水溶液的最佳電位窗口66
• 5.4.4 KNO_3水溶液的循環(huán)穩(wěn)定性66-67
• 5.5 NaNO_3水溶液的電化學性能67-72
• 5.5.1 NaNO_3水溶液的電導率67
• 5.5.2 NaNO_3水溶液的優(yōu)化67-70
• 5.5.3 NaNO_3水溶液的最佳電位窗口70-71
• 5.5.4 NaNO_3水溶液的循環(huán)穩(wěn)定性71-72
• 5.6 本章結(jié)論72-73
• 結(jié)論與展望73-75
• 參考文獻75-83
• 致謝83-84
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文目錄84

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 聶美晨;;汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級勢在必行——《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》解讀[J];中國科技投資;2012年15期

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本文編號：944663