納米洋蔥碳的可控制備及電化學性能研究
發(fā)布時間：2021-09-19 16:59
能源短缺是全球都亟待解決的問題,化石燃料儲量急劇減少迫使人們開發(fā)利用更清潔的可再生能源,而提高儲能設備的性能是決定能源利用率的關鍵環(huán)節(jié)。超級電容器作為介于電池和電容器的新型儲能設備,憑借其優(yōu)異的倍率性能、功率密度和安全性在各個領域有著廣泛的應用。電極材料的優(yōu)劣從根本上決定了超級電容器的性能,而納米洋蔥碳（CNOs）作為一種零維納米碳材料,高度石墨化和納米球形結構使其具有良好的導電性和化學穩(wěn)定性,在超級電容器電極材料領域展現(xiàn)出良好的應用價值。由于儲能機制和電壓窗口的限制,水系超級電容器陷入能量密度難以提升的桎梏;CNOs由于形貌難以控制、制備工藝要求嚴格,在許多領域的應用受到了限制。針對這些問題,本文通過化學氣相沉積法,利用金屬催化劑催化裂解甲烷制備了CNOs,并探究了最佳制備工藝;采用水熱法制備了電化學性能最佳的CNOs/MnO2復合材料,并系統(tǒng)地研究了反應條件對材料結構形貌和性能的影響;探究了CNOs作導電劑對水系活性炭超級電容器性能的影響以及非對稱超級電容器的性能的提升。結果如下:（1）還原法制備的純Ni催化劑比Fe-Ni復合催化劑對甲烷裂解的催化效果更好,當...
【文章來源】：太原理工大學山西省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：98 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
Stern雙電層電容模型
太原理工大學碩士研究生學位論文徑所匹配。1.2.2.2 贗電容贗電容一種在電極材料表面或內(nèi)部發(fā)生快速、可逆氧化還原反應的法拉第儲能機制。與雙電層的物理吸/脫附不同，它主要利用的是材料與離子發(fā)生反應時電荷的移動來進行儲能。贗電容材料的電化學響應圖譜在理想狀態(tài)下與雙電層電容器類似，CV 圖中都表現(xiàn)出良好的矩形。與電池材料不同的是，贗電容材料在電化學反應中受到電極表面電荷傳遞過程的限制，而電池材料是由離子擴散控制的。贗電容的儲能機制可以分為欠電位沉積、過渡金屬氧化物如 RuO2、NiO、IrO2、MnO 以及某些貴金屬的硫化物 TiS2等的氧化還原反應、插層贗電容以及導電聚合物的可逆電化學摻雜[16]。圖 1-3 給出了不同儲能機制的示意圖。
β-,γ-, δ- ,λ-MnO2的晶體結構[53]Fig. 1-4 Crystal structures of α-, β-,γ-, δ- and λ-MnO2[53].1.2.3.3 導電聚合物導電聚合物具有高導電性（尤其是摻雜聚乙炔可達 104s·cm-1），高的電化學活性（外電場作用下，導電聚合物電極可逆地改變?nèi)芤貉趸�原性的能力），在金屬表面形成防腐涂層的功能等，因此也被人們廣泛研究并應用到電化學器件中[54]。與金屬氧化物類似，用作超級電容器的電極材料時主要依靠的是贗電容，導電聚合物與電解質離子發(fā)生氧化反應（摻雜）時，離子被吸引到電極（聚合物結構內(nèi)部），進行還原反應（反摻雜）時離子轉移回電解液中，是一種內(nèi)部與表面之間進行的離子交換，因此反應速率較慢，可逆性較差，循環(huán)壽命不如過渡金屬氧化物和碳材料[55]。這一類超級電容器的能量密度可達 39 Wh·kg 1，功率密度可達 35 kW·kg 1[56]。目前研究最多的導電聚合物有聚吡咯(PPy)[57]，聚乙炔(PA)，聚噻吩(PTh)，
【參考文獻】：
期刊論文
[1]微結構反應器氣固相催化過程強化的研究與工業(yè)化進展[J]. 曹晨熙,張輦,儲博釗,程易. 化工學報. 2018(01)
[2]基于碳材料的超級電容器電極材料的研究[J]. 李雪芹,常琳,趙慎龍,郝昌龍,陸晨光,朱以華,唐智勇. 物理化學學報. 2017(01)
[3]微波法合成層-層分離的鎳鋁水滑石/石墨烯超薄大片復合材料及其超級電容器電極性能（英文）[J]. 王卓,賈巍,蔣夢蕾,陳晨,李亞棟. Science China Materials. 2015(12)
[4]MnO2基超級電容器電極材料[J]. 萬厚釗,繆靈,徐葵,亓同,江建軍. 化工學報. 2013(03)
[5]不同晶型和形貌MnO2納米材料的可控制備[J]. 許乃才,馬向榮,喬山峰,袁佳琦,劉宗懷. 化學學報. 2009(22)
[6]X射線衍射技術在材料分析中的應用[J]. 田志宏,張秀華,田志廣. 工程與試驗. 2009(03)
[7]ASAP2020比表面積及孔隙分析儀的應用[J]. 陳金妹,張健. 分析儀器. 2009(03)
[8]電化學聚合單壁碳納米管/聚苯胺復合物的電容特性研究[J]. 崔淑坤. 曲阜師范大學學報(自然科學版). 2009(02)
[9]現(xiàn)代掃描電鏡的發(fā)展及其在材料科學中的應用[J]. 吳立新,陳方玉. 武鋼技術. 2005(06)
[10]交流阻抗譜的表示及應用[J]. 崔曉莉,江志裕. 上海師范大學學報(自然科學版). 2001(04)
本文編號：3401992
【文章來源】：太原理工大學山西省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：98 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
Stern雙電層電容模型
太原理工大學碩士研究生學位論文徑所匹配。1.2.2.2 贗電容贗電容一種在電極材料表面或內(nèi)部發(fā)生快速、可逆氧化還原反應的法拉第儲能機制。與雙電層的物理吸/脫附不同，它主要利用的是材料與離子發(fā)生反應時電荷的移動來進行儲能。贗電容材料的電化學響應圖譜在理想狀態(tài)下與雙電層電容器類似，CV 圖中都表現(xiàn)出良好的矩形。與電池材料不同的是，贗電容材料在電化學反應中受到電極表面電荷傳遞過程的限制，而電池材料是由離子擴散控制的。贗電容的儲能機制可以分為欠電位沉積、過渡金屬氧化物如 RuO2、NiO、IrO2、MnO 以及某些貴金屬的硫化物 TiS2等的氧化還原反應、插層贗電容以及導電聚合物的可逆電化學摻雜[16]。圖 1-3 給出了不同儲能機制的示意圖。
β-,γ-, δ- ,λ-MnO2的晶體結構[53]Fig. 1-4 Crystal structures of α-, β-,γ-, δ- and λ-MnO2[53].1.2.3.3 導電聚合物導電聚合物具有高導電性（尤其是摻雜聚乙炔可達 104s·cm-1），高的電化學活性（外電場作用下，導電聚合物電極可逆地改變?nèi)芤貉趸�原性的能力），在金屬表面形成防腐涂層的功能等，因此也被人們廣泛研究并應用到電化學器件中[54]。與金屬氧化物類似，用作超級電容器的電極材料時主要依靠的是贗電容，導電聚合物與電解質離子發(fā)生氧化反應（摻雜）時，離子被吸引到電極（聚合物結構內(nèi)部），進行還原反應（反摻雜）時離子轉移回電解液中，是一種內(nèi)部與表面之間進行的離子交換，因此反應速率較慢，可逆性較差，循環(huán)壽命不如過渡金屬氧化物和碳材料[55]。這一類超級電容器的能量密度可達 39 Wh·kg 1，功率密度可達 35 kW·kg 1[56]。目前研究最多的導電聚合物有聚吡咯(PPy)[57]，聚乙炔(PA)，聚噻吩(PTh)，
【參考文獻】：
期刊論文
[1]微結構反應器氣固相催化過程強化的研究與工業(yè)化進展[J]. 曹晨熙,張輦,儲博釗,程易. 化工學報. 2018(01)
[2]基于碳材料的超級電容器電極材料的研究[J]. 李雪芹,常琳,趙慎龍,郝昌龍,陸晨光,朱以華,唐智勇. 物理化學學報. 2017(01)
[3]微波法合成層-層分離的鎳鋁水滑石/石墨烯超薄大片復合材料及其超級電容器電極性能（英文）[J]. 王卓,賈巍,蔣夢蕾,陳晨,李亞棟. Science China Materials. 2015(12)
[4]MnO2基超級電容器電極材料[J]. 萬厚釗,繆靈,徐葵,亓同,江建軍. 化工學報. 2013(03)
[5]不同晶型和形貌MnO2納米材料的可控制備[J]. 許乃才,馬向榮,喬山峰,袁佳琦,劉宗懷. 化學學報. 2009(22)
[6]X射線衍射技術在材料分析中的應用[J]. 田志宏,張秀華,田志廣. 工程與試驗. 2009(03)
[7]ASAP2020比表面積及孔隙分析儀的應用[J]. 陳金妹,張健. 分析儀器. 2009(03)
[8]電化學聚合單壁碳納米管/聚苯胺復合物的電容特性研究[J]. 崔淑坤. 曲阜師范大學學報(自然科學版). 2009(02)
[9]現(xiàn)代掃描電鏡的發(fā)展及其在材料科學中的應用[J]. 吳立新,陳方玉. 武鋼技術. 2005(06)
[10]交流阻抗譜的表示及應用[J]. 崔曉莉,江志裕. 上海師范大學學報(自然科學版). 2001(04)
本文編號：3401992
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/huaxuehuagong/3401992.html
最近更新
教材專著
