超級(jí)電容器由于具有功率密度高和循環(huán)壽命長的特點(diǎn),受到了人們的廣泛關(guān)注和研究,但是它較低的能量密度仍難以滿足規(guī)�；瘍�(chǔ)能的需求。作為新興的電化學(xué)儲(chǔ)能器件,鋰/鈉離子電容器不僅具有高功率密度和長循環(huán)壽命,而且具有比傳統(tǒng)超級(jí)電容器更高的能量密度。為了構(gòu)建高性能的超級(jí)電容器和鋰/鈉離子電容器,電極材料的設(shè)計(jì)開發(fā)至關(guān)重要。多孔炭由于導(dǎo)電性高、比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)組成易于調(diào)控等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是極具潛力的超級(jí)電容器和鋰/鈉離子電容器電極材料。而資源豐富、綠色友好的生物質(zhì)材料具有天然的微觀結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的化學(xué)組成,是制備多孔炭的理想前驅(qū)體之一。通過對生物質(zhì)多孔炭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組成調(diào)控以實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的多孔炭電極材料的制備,對于開發(fā)高性能超級(jí)電容器和鋰/鈉離子電容器具有重要意義。魚鱗和魚皮作為魚肉加工的副產(chǎn)物往往被當(dāng)作廢物丟棄,但是二者富含的膠原蛋白具有大量的碳原子和豐富的氮（N）、氧（O）、硫（S）等原子,可以作為雜原子摻雜炭材料的前軀體。膠原蛋白經(jīng)過水解后可形成具有良好水溶性的產(chǎn)物,可以與水溶性活化劑和模板劑在分子級(jí)別均勻混合,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)魚鱗基和魚皮基多孔炭結(jié)構(gòu)組成的高效調(diào)控。除了膠原蛋白外,魚鱗... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２?（ａ）在水系電解液中，帶正電荷的充電電極的（Ｉ）亥姆赫茲、（ＩＩ）古依－查普曼和（ＩＩＩ）??斯特恩模型［１９］；?（ｂ）使用多孔電極的對稱雙電層電容器的充電狀態(tài)的示意圖以及對應(yīng)的等效電??

?Ｍ?Ｂｏｒｊｃ?ａｃｉｄ?Ｃａｒｔ＞ｏｎ?Ｂｏｒｏｎ?ｏｘｉｄｅ??Ｙ?〒?ｓｓｓｒｉ??／？■??ｅ?ｗ?ｉｉ??Ｉ?Ｂ，Ｏｓ?？?３Ｈ２０?一?２Ｈ３Ｂ〇３??Ｂｏｒｉｃ?ａｃｉｄ?Ｉ??｜?ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ?ｃｒｙｓｔａＨｇａｔｉｏｎ?＋??Ｂｏｒｉｃ?ａｃｉｄ?Ｃａｒｔ＞ｏｎ?Ｆｒｅｅ－ｓｔａｎｄｉｎｇ??ｓｏｔｕｔｔｏｎ?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ?ｔＷｎ?ｆｉｌｍ???，也?ＳｗｓＭ＾ｍａｃｅ咖ｇ?Ｐｙｒａ＾ＭＫｉ?叫＿??ｄ國■■■??圖１－３?（ａ）氮、硫共摻雜的分級(jí)多孔炭（Ｎ，Ｓ－ＭＣ）?［４３］；?（ｂ）硼、氮共摻雜的炭納米片（Ｂ／Ｎ－??ＣＳｓ）?［４４１；?（ｃ）氮、磷、硫共摻雜的碳納米纖維［４５］。??Ｆｉｇ．?１－３?（ａ）Ｎ，?Ｓ－ｄｏｐｅｄ?ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｌｙ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?（Ｎ，Ｓ－ＭＣ）［４３１．?（ｂ）?Ｂ／Ｎ?ｃｏ－ｄｏｐｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ??（Ｂ／Ｎ－ＣＳｓ）［４４］．?（ｃ）?Ｔｈｅ?ｆｒｅｅ－ｓｔａｎｄｉｎｇ?ｈｅｔｅｒｏａｔｏｍ－ｄｏｐｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ［４５］．??除了對多孔炭微／納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)外，表面化學(xué)改性也是改善多孔炭電極材料電??化學(xué)性能的有效方法，如向多孔炭表面引入氮（Ｎ）、氧（０）、硫（Ｓ）、磷（Ｐ）、硼（Ｂ）??等異質(zhì)原子［４，２１］。在眾多異質(zhì)原子中，Ｎ原子（０．７５人）與碳（Ｃ）原子（０．７７?Ａ）的??原子半徑相近，晶格中的Ｃ原子被Ｎ原子替代后，不會(huì)導(dǎo)致晶格嚴(yán)重變形，而且Ｎ??原子的電負(fù)性比Ｃ原子的強(qiáng)，更易吸引電子，增強(qiáng)多孔炭的導(dǎo)電性［４６］。１＾原子以四種

容量，如過渡金屬氧化物（Ｒｕ０２［５７］、Ｍｎ０２［５８】等）和導(dǎo)電聚合物（聚苯胺［５９］、聚吡咯??［６（）］等）；．炭材料表面摻雜的異質(zhì)原子如Ｎ原子中的Ｎ－６和Ｎ－５［２１，４７］、０原子中的Ｃ＝０【２１，??４８’４９］、Ｓ原子中的Ｃ－Ｓ－Ｓ－Ｃ和Ｃ＝Ｓ［４３，５Ｇ，５１］也可與電解液離子發(fā)生法拉第電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)提??供贗電容。插層贗電容是指離子插層到主體電極材料的通道或?qū)娱g而發(fā)生的法拉第電??荷轉(zhuǎn)移過程，沒有結(jié)晶相的變化，如Ｎｂ２０５［６＼?Ｖ２０５【６２］（圖１－４）。??贗電容超級(jí)電容器的組成與雙電層電容器的基本相似，只是兩種電極材料不同。??基于法拉第反應(yīng)的儲(chǔ)能機(jī)理，贗電容器的比容量和能量密度高于雙電層電容器，但它??的法拉第反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué)緩慢，電極材料在循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)易膨脹變形，因而功率密??度和循環(huán)壽命都較差。將電極材料與金屬氧化物或炭材料復(fù)合可有效改善贗電容超級(jí)??電容器的綜合性能，如導(dǎo)電聚合物與Ｍｎ０２、Ｖ２０５、氧化石墨烯等形成復(fù)合材料［６３－６５］。??


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