能源危機(jī)和環(huán)境污染是制約當(dāng)今世界發(fā)展的兩個(gè)重大問題,研究開發(fā)一種清潔能源儲(chǔ)存技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。雙電層電容器由于擁有卓越的循環(huán)穩(wěn)定性、高的功率密度和快的充放電速度等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為一種有前景的能源儲(chǔ)存裝置。它的電荷儲(chǔ)存機(jī)理是在電極材料和電解液相接觸的界面上形成雙電層。雖然比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異的多孔碳材料是最常用的電極材料,但也常因工作電壓窗口窄、導(dǎo)電性差和孔徑分布不均勻等缺點(diǎn)影響電化學(xué)性能。因此,通過合適的方法改性碳材料以獲得更好的電容器性能是很有意義的課題。本文采用兩種不同的方法活化不同的碳前驅(qū)體設(shè)計(jì)合成多孔碳材料,調(diào)控碳材料的比表面積、孔徑分布、導(dǎo)電性、潤(rùn)濕性和電壓窗口,以獲得更好的雙電層超級(jí)電容器性能。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)通過直接碳化鎳離子交換樹脂,制備一種微/介孔相匹配且互相連通的納米石墨化碳材料。均勻分散的鎳納米顆粒不僅是低成本離子交換樹脂原位石墨化的催化劑,而且是形成微孔和介孔的致孔劑。在兩電極體系和1.0 M H_2SO_4電解液中,制備的微/介孔孔體積比為1:2的石墨化多孔碳GC-800在電流密度0.5 A/g和功率密度125.0 W/kg條件下,具有優(yōu)異的比電容66.0μF/cm~2和高的能量密度7.43 Wh/kg。此外,電極材料GC-800不僅具有低的電阻率和良好的倍率特性,而且通過浮動(dòng)技術(shù)(95%,400 h)和GCD曲線技術(shù)(~110%,10000次)測(cè)試也揭示了其卓越的循環(huán)穩(wěn)定性。(2)以廉價(jià)的氯化鈉(NaCl)活化生物質(zhì)海苔制備氧摻雜的多孔碳材料。樣品NaClSC-800不僅擁有比表面積329.3 m~2/g,而且具有與電解液(1.0M H_2SO_4)相匹配的微孔結(jié)構(gòu)(0.8~2 nm),并表現(xiàn)出良好的超級(jí)電容器性能。在三電極體系和電流密度0.5 A/g條件下,電極材料NaClSC-800表現(xiàn)出高的比電容324 F/g(98.5μFcm~(-2))。在兩電極體系中,含氧量約為19%的電極材料NaCl SC-800不僅可以達(dá)到一個(gè)較寬的電壓窗口1.4 V,而且在功率密度為175 W/kg時(shí)可以獲得非常高的能量密度15.9 Wh/kg。同時(shí),具有卓越的循環(huán)穩(wěn)定性(98%,10000)和良好的倍率特性。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ127.11;TM53
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文獻(xiàn)綜述
    1.1 引言
    1.2 超級(jí)電容器的簡(jiǎn)介
        1.2.1 超級(jí)電容器的概念和發(fā)展
        1.2.2 超級(jí)電容器的分類
        1.2.3 超級(jí)電容器的基本原理
        1.2.4 超級(jí)電容器的應(yīng)用
    1.3 碳基超級(jí)電容器的電極材料
        1.3.1 活性炭
        1.3.2 碳納米管
        1.3.3 碳?xì)饽z
        1.3.4 生物質(zhì)多孔碳
        1.3.5 模板碳
    1.4 影響碳基電容器性能的因素
        1.4.1 比表面積與孔徑分布
        1.4.2 表面官能團(tuán)
        1.4.3 石墨化
    1.5 本論文的選題意義及主要研究?jī)?nèi)容
        1.5.1 選題意義
        1.5.2 主要研究?jī)?nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器與原料
    2.2 材料分析與表征
        2.2.1 X-射線衍射（XRD）
        2.2.2 拉曼光譜分析
        2.2.3 掃描電子顯微鏡（SEM）
2吸附-脫附等溫線'>        2.2.4 N₂吸附-脫附等溫線
        2.2.5 熱重分析（TG）
    2.3 電化學(xué)測(cè)試方法
        2.3.1 循環(huán)伏安法（CV）
        2.3.2 恒電流充放電測(cè)試（GCD）
        2.3.3 電化學(xué)交流阻抗測(cè)試（EIS）
        2.3.4 能量密度（E）和功率密度（P）分析
        2.3.5 循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試
第三章 納米石墨化碳材料的制備及其超級(jí)電容器性能研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 石墨化多孔碳材料的制備
        3.2.2 電極材料的制備及測(cè)試
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 掃描電鏡（SEM）
        3.3.2 XRD分析
        3.3.3 拉曼光譜分析
        3.3.4 熱重分析
2吸附脫附等溫線'>        3.3.5 N₂吸附脫附等溫線
        3.3.6 電化學(xué)性能研究
    3.4 本章小結(jié)
第四章 氧摻雜多孔碳材料的制備及其電容器性能研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 NaClSC-T材料的制備
        4.2.2 電極材料制備及測(cè)試
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 XRD分析
2吸附脫附等溫線'>        4.3.2 N₂吸附脫附等溫線
        4.3.3 紅外光譜圖
        4.3.4 掃描電鏡圖（SEM）
        4.3.5 電化學(xué)性能研究
    4.4 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)及展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    5.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
碩士期間發(fā)表的論文

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