【摘要】：隨著化石能源危機和環(huán)境污染問題日趨嚴重,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)勢而被廣泛應用。電極材料對超級電容器的電化學性能起著關鍵性作用,是近期超級電容器的研究熱點。電極材料主要包括碳材料、導電聚合物和金屬氧化物等。金屬有機框架化合物(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、可控孔道結構等優(yōu)勢,在催化劑、傳感器和發(fā)光材料等研究領域應用廣泛。本論文通過靜置法合成ZIF-8為前驅體,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合材料,將氮摻雜多孔碳材料及其復合物作為電極材料,組裝對稱超級電容器,對其實際應用價值進行評價。主要研究內容如下: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的形貌結構和電化學性能的影響,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進行復合,得到基于ZIF-8的氮摻雜多孔碳材料與還原氧化石墨復合材料(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性能的影響。通過相應測試可知,在加入8 mg GO,800°C碳化時所得的復合材料表現(xiàn)出更好的電化學性能,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,當功率密度為0.475 kW/kg時,能量密度達到18.0 Wh/kg。
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哈爾濱工程大學碩士學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際應用中，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，使超級電容器的輸出能量達到電池體系的輸出能量。因此，超級電料成為當前的研究熱點。

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

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 程夕明,孫逢春;電動汽車能量存儲技術概況[J];電源技術;2001年01期

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1 諶偉民;聚苯胺、聚吡咯復合材料的制備及其在鋰離子電池中的應用[D];華中科技大學;2012年

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1 賴敏;鈷酸鋅/碳材料復合材料在超級電容器上的應用[D];華僑大學;2016年

本文編號：2650366