隨著工業(yè)革命的發(fā)展,能源枯竭,尋找一種新型能源正被各國(guó)科研工作者廣泛研究,超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能器件,擁有著高功率密度、長(zhǎng)循環(huán)周期以及能夠快速充放電等特點(diǎn),正逐漸的把它推向新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問題。但超級(jí)電容器的能量密度相對(duì)于鋰離子電池更低,尋找一種高能量密度的超級(jí)電容器電極材料是其研究重點(diǎn)。本論文旨在利用來源豐富、價(jià)格低廉、導(dǎo)電率高以及穩(wěn)定性好的生物質(zhì)碳材料作為前驅(qū)體制備出穩(wěn)定的碳基雙電層電容器,優(yōu)化碳材料的結(jié)構(gòu)與性能,最終在碳基超級(jí)電容器中同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率密度、能量密度、循環(huán)性能,且具有高比表面積和高孔隙率的實(shí)用性雙電層電容器,實(shí)驗(yàn)步驟具體為:(1)通過糯米作為碳源,KOH作為造孔劑直接進(jìn)行活化,有效地在糯米表面造出了孔隙,這些孔隙為電解質(zhì)離子的傳輸提供了優(yōu)秀的通道,同時(shí)還提高了材料比表面積和孔隙率,使得材料的電化學(xué)性能獲得了大幅度地提升。在最優(yōu)條件下,所獲得的K2AC-1:5-700電極性能遠(yuǎn)高于AC-700,在電流密度為0.5 A·g~(-1)下,其單位比電容為236 F·g~(-1),電流密度在8 A·g~(-1)下,20000個(gè)循環(huán)后,容量保持率為82%。(2)利用分級(jí)碳化法制備出結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的多孔碳材料,在這種分級(jí)碳化法制備出的多孔碳材料中,高度穩(wěn)定的多孔結(jié)構(gòu)以及更高的比表面積有效地提供了快速的電子傳輸通道,分級(jí)碳化法制備的多孔碳材料確保了分層的孔狀結(jié)構(gòu),使得材料的孔隙更加均勻,深入,形成大孔套小孔的結(jié)構(gòu),確保了離子擴(kuò)散速率和活性材料的充分利用,優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng)使得該電極具備了極高的比電容值與循環(huán)穩(wěn)定性。所獲得的材料Na-KCAC-1:5-700,在電流密度為0.5 A·g~(-1)下,其單位比電容為247 F·g~(-1),電流密度在8 A·g~(-1)下,20000個(gè)循環(huán)后,容量保持率為76%。(3)利用Mg(OH)_2原位模板法,首次將糯米作為碳源的生物質(zhì)碳基材料制備成獨(dú)特的層狀類石墨烯碳模板。基于該模板在高溫碳化后獲得了由單層/少層的類石墨烯3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔碳材料。亦既是用一種全新的方法實(shí)現(xiàn)了多孔碳材料的制備。在結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定性上表現(xiàn)出了獨(dú)特的特性,展現(xiàn)出了碳材料出色的雙電層電容潛力,獲得了高比表面積1371.5 m~2·g~(-1)和孔隙率2.351 cm~3·g~(-1),在電流密度為0.5 A·g~(-1)下,單位比電容為289.9 F·g~(-1),以及在電流密度在8 A·g~(-1)下,20000個(gè)后容量保持率仍為88%,表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(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 緒論
    1.1 引言
    1.2 超級(jí)電容器
        1.2.1 超級(jí)電容器的簡(jiǎn)介
        1.2.2 超級(jí)電容器的發(fā)展進(jìn)程
        1.2.3 超級(jí)電容器的儲(chǔ)能機(jī)理
        1.2.4 超級(jí)電容器的測(cè)試方法
        1.2.5 電極材料的種類
        1.2.6 超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)
    1.3 碳基超級(jí)電容器的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 碳基電極材料
        1.3.2 多孔碳材料的制備方法
        1.3.3 碳基超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)及碳材料性能對(duì)比
    1.4 選題依據(jù)及主要工作
第二章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 材料的形貌結(jié)構(gòu)表征手段
        2.2.1 X射線衍射
        2.2.2 X射線光電子能譜
        2.2.3 拉曼光譜
        2.2.4 氮?dú)馕?脫附實(shí)驗(yàn)
        2.2.5 掃描電子顯微鏡
        2.2.6 透射電子顯微鏡
    2.3 電化學(xué)性能測(cè)試
        2.3.1 循環(huán)伏安測(cè)試
        2.3.2 恒流充放電測(cè)試
        2.3.3 交流阻抗測(cè)試
        2.3.4 循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試
    2.4 本章小結(jié)
第三章 KOH活化法制備多孔碳材料及電化學(xué)性能研究
    3.1 前言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 電極材料的制備
        3.2.2 電極的組裝
        3.2.3 電極材料的結(jié)構(gòu)表征及其電化學(xué)性能測(cè)試
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析討論
        3.3.1 電極材料的形貌及結(jié)構(gòu)表征
        3.3.2 電極材料的電化學(xué)性能及分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 分層多孔碳材料的制備及電化學(xué)性能研究
    4.1 前言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 電極材料的制備
        4.2.2 電極的組裝
        4.2.3 電極材料的結(jié)構(gòu)表征及電化學(xué)性能測(cè)試
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析討論
        4.3.1 電極材料形貌及結(jié)構(gòu)表征
        4.3.2 電極材料的電化學(xué)性能及分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 模板法制備多孔碳材料及電化學(xué)性能研究
    5.1 前言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 電極材料的制備
        5.2.2 電極的組裝
        5.2.3 電極材料結(jié)構(gòu)表征及其電化學(xué)性能測(cè)試
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析討論
        5.3.1 電極材料結(jié)構(gòu)及其形貌表征
        5.3.2 電極材料的電化學(xué)性能及分析
    5.4 拓?fù)湫?yīng)對(duì)電化學(xué)性能的影響
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 Khu Le Van;Thu Thuy Luong Thi;;Activated carbon derived from rice husk by NaOH activation and its application in supercapacitor[J];Progress in Natural Science:Materials International;2014年03期

本文編號(hào)：2894441