【摘要】：隨著化石能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重,超級電容器作為一種新型儲能元件,具有長的循環(huán)壽命、高的安全性能和較寬的使用溫度范圍等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。電極材料對超級電容器的電化學(xué)性能起著關(guān)鍵性作用,是近期超級電容器的研究熱點(diǎn)。電極材料主要包括碳材料、導(dǎo)電聚合物和金屬氧化物等。金屬有機(jī)框架化合物(MOFs)作為一種新型多功能的晶體狀多孔材料,有較大比表面積、可控孔道結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢,在催化劑、傳感器和發(fā)光材料等研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本論文通過靜置法合成ZIF-8為前驅(qū)體,直接碳化后得到基于ZIF-8的氮摻雜多孔碳材料,再通過原位生長法制備氮摻雜多孔碳復(fù)合材料,將氮摻雜多孔碳材料及其復(fù)合物作為電極材料,組裝對稱超級電容器,對其實(shí)際應(yīng)用價值進(jìn)行評價。主要研究內(nèi)容如下:通過直接碳化法來合成基于ZIF-8的氮摻雜多孔碳材料(HPNCs),且較為系統(tǒng)地研究了不同Zn~(2+)源對HPNCs的形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響,可知由醋酸鋅制備的氮摻雜多孔碳材料(HPNCs-C8)比由硝酸鋅得到的氮摻雜多孔碳材料(HPNCs-N8)做電極材料所測的電化學(xué)性能更好一些。HPNCs-C8在0.25 A/g電流密度下的比電容為300F/g,并表現(xiàn)出較好的倍率性能。所組裝成的HPNCs-C8//HPNCs-C8對稱超級電容器在0-1.8 V電壓窗口下,當(dāng)功率密度為0.79 kW/kg時,能量密度是24.8 Wh/kg。為了降低HPNCs的團(tuán)聚現(xiàn)象,我們從天然荷花粉中得到中空交聯(lián)蜂巢狀的碳球來作為碳源和模版,在碳球表面對HPNCs進(jìn)行原位生長,從而制備出基于ZIF-8的氮摻雜多孔碳材料與3D中空交聯(lián)碳球復(fù)合材料(HPNCs/CS)。HPNCs/CS在1 A/g電流密度下的比電容是280 F/g,相對于單一材料(HPNCs)展現(xiàn)出較高的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能。所組裝成的HPNCs/CS//HPNCs/CS對稱超級電容器在0-1.8 V電壓窗口下,當(dāng)功率密度為0.45 kW/kg時,能量密度為16.2 Wh/kg。將還原氧化石墨替代中空交聯(lián)碳球與HPNCs進(jìn)行復(fù)合,得到基于ZIF-8的氮摻雜多孔碳材料與還原氧化石墨復(fù)合材料(HPNCs/rGO),系統(tǒng)地探究了碳化溫度、加入的石墨量對材料形貌和電化學(xué)性能的影響。通過相應(yīng)測試可知,在加入8 mg GO,800°C碳化時所得的復(fù)合材料表現(xiàn)出更好的電化學(xué)性能,并且相對HPNCs/CS提升了能量密度。HPNCs/rGO在0.5 A/g的電流密度下比電容為298 F/g,組裝成對稱超級電容器,在0-1.8 V的電壓窗口下,當(dāng)功率密度為0.475 kW/kg時,能量密度達(dá)到18.0 Wh/kg。
【圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文級電容器的概述級電容器又稱為超級電容或者電化學(xué)電容器，是一種介于電池和傳統(tǒng)電容儲能元件。圖 1.1 為幾種儲能裝備的能量密度和功率密度，不同區(qū)域范圍存儲裝備所起的不同作用。超級電容器具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率、快速的較高的功率密度、更長的循環(huán)穩(wěn)定壽命和綠色環(huán)保等優(yōu)勢，填補(bǔ)了傳統(tǒng)電間的缺陷，并且，超級電容器能夠存儲大量的電荷，，相比于可重復(fù)充放電更高的額定功率下提供能量。超級電容器的能量密度相比于電池和燃料實(shí)際應(yīng)用中，為了滿足更長周期的能量供給，超級電容器可以與電池或者結(jié)合使用。因此，在保持高功率密度的前提下，提升超級電容器的能量密任務(wù)，使超級電容器的輸出能量達(dá)到電池體系的輸出能量。因此，超級電料成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

圖 1.2 超級電容器的結(jié)構(gòu)器的分類 根 據(jù) 電 荷 儲 存 機(jī) 制 不 同 被 分 為 三 類 ：ce）、雙電層超級電容器（Electrochemical Double-層和贗電容組合構(gòu)成的復(fù)合型電容器（Hybrid Cap
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11;TM53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2650366