發(fā)布時(shí)間：2022-02-15 09:41

　　近年來(lái),能源緊缺與環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)峻使得新能源的開(kāi)發(fā)與利用越來(lái)越受到大眾的重視。超級(jí)電容器和鋰電池等新型能源儲(chǔ)存裝置在新能源開(kāi)發(fā)過(guò)程中具有重要作用。超級(jí)電容器處于傳統(tǒng)電容器與鋰離子二次電池之間以其高功率和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用前景十分廣泛。電極材料是影響超級(jí)電容器電化學(xué)性能的關(guān)鍵與核心因素。本文針對(duì)現(xiàn)有多孔碳材料孔隙結(jié)構(gòu)不合理、比表面小、界面接觸性差、比電容低等問(wèn)題,采用MOF前驅(qū)體材料碳化熱解移去官能團(tuán)形成分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)和氮元素?fù)诫s改善碳骨架性能的方式來(lái)制備新型超級(jí)電容特性的多孔碳材料。本論文主要研究?jī)?nèi)容包括:鋁基MOF衍生多孔碳的制備、活化氮摻雜多孔碳材料的制備以及一步法合成雙氮源管狀多孔碳（DNPC）三部分。具體內(nèi)容如下:（1）本論文首先以九水合硝酸鋁(Al（NO3）3·9H2O和均苯三甲酸為原料通過(guò)水熱法合成鋁基MOF前驅(qū)體（Al-MOF）并在氮?dú)鈿夥罩袩峤獾玫骄哂芯鶆蛐蚊埠吞囟ǹ捉Y(jié)構(gòu)的多孔碳材料（PC）。本章節(jié)主要研究了合成過(guò)程不同反應(yīng)物比例、水熱溫度和反應(yīng)時(shí)間以及熱解過(guò)程的時(shí)間和溫度對(duì)Al-MOF形貌結(jié)構(gòu)以及多孔碳電化學(xué)性能的影響。將反應(yīng)物以1:1投入,在160℃下反... 

【文章來(lái)源】：北京化工大學(xué)北京市211工程院校教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１結(jié)構(gòu)示意圖＿??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ?［１９］??

?第一章緒論???Ａ?Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｌａｖｅｒ?????■?〇？Ｇ＞??〇偏??Ｐ；ｆｌｖ?？〇??＾?＇＾＾！〇！?Ｓｏ＾ｔ?ｍｏｄｕｌｅｓ?＾??Ｃｈａｒｇｅｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?■?＿?｜〇?？??ａ?；??ｗｙ?＼??ｉｎｎｅｒ?Ｈｄｍｈｏｕｓｔｔｆｆａｃｅ?〇ｕ？?Ｈｅｌｍｈｏｔｚ?ｓｕｒｆａｃｅ??圖１．２電荷儲(chǔ)存原理圖ＰＩ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈａｒｇｅ?ｓｔｏｒａｇｅ【２２１??１．２．２超級(jí)電容器種類(lèi)??根據(jù)超級(jí)電容器的儲(chǔ)能機(jī)理和電池結(jié)構(gòu)差異可以對(duì)其分類(lèi)：雙電層電容器，??贗電容型電容器，混合型超級(jí)電容器。根據(jù)電解液的類(lèi)型差異可以分為：水系和??非水系超級(jí)電容器。??雙電層類(lèi)型的超級(jí)電容器主要依靠物理吸附電解液離子來(lái)儲(chǔ)存電荷，充放電??過(guò)程不涉及贗電容反應(yīng)；涉及的材料主要是多孔碳材料，雙電層電容器的電化學(xué)??性能主要與多孔碳材料的比表面積、孔體積、孔徑分布、材料表面潤(rùn)濕性有關(guān)。??贗電容型電容器主要依靠電極材料或者電解液離子在充電過(guò)程中發(fā)生得失電子??的贗電容反應(yīng)來(lái)儲(chǔ)存電荷［２４］。贗電容型電容器主要涉及的材料有導(dǎo)電聚合物、??金屬化合物（氧化物、硫化物、氮化物）等等［２５］。混合型電容器結(jié)合了上述兩??種電容器的優(yōu)點(diǎn)，將能夠提供贗電容反應(yīng)的電極與雙電層電極分別作為超級(jí)電容??器的電極，它們可以利用電位差（兩種類(lèi)型的電極之間）來(lái)增加電池總電壓，使??電容器同時(shí)具有多孔碳材料的良好倍率性能同時(shí)具有贗電容反應(yīng)所提供的較高??的比容量［２６］。??３??

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???Ｓｕｐ？＃ｃａｐ？ｅ？？ｆ？??＇．「ｉ－］…＿±Ｚ：＾ｐ十］－一．＿??＿?一《—?：｜５??ｚｉＩ＝Ｆｙ：＇．?１＇?了斤〒〒：－「■??Ａｃ＊ｆ／８＊ａ＜Ｊ?ｃａｔｔｏａｎ?Ｃｗｆａｏｎ?ｔｗｎｏｔｔｊｆｃｅｓ?Ｇ？９（＾ｅｎｅ?＾＾１８＊?＾０＊??圖１．３超級(jí)電容器分類(lèi)圖［２７］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ?ｌ２７】??１．３超級(jí)電容器電極材料研究進(jìn)展??碳材料作為應(yīng)用最廣泛最有前景的一種電極材料，除了傳統(tǒng)的超級(jí)活性炭、??石墨烯、碳納米管，目前一些新型材料如金屬有機(jī)框架材料，雜原子摻雜、復(fù)合??材料逐漸成為了新的研究熱點(diǎn)。??多孔碳電化學(xué)性能受多種因素影響，如：（１）多孔碳的比表面積和孔徑分布??特性決定了多孔碳材料能吸附離子的數(shù)量。多孔碳的吸附能力與比表面積并不是??絕對(duì)的正比因?yàn)橹挥杏行У谋缺砻娣e才能吸附離子儲(chǔ)存電荷。微孔主要用來(lái)儲(chǔ)存??電荷，介孔結(jié)構(gòu)有利于離子轉(zhuǎn)移，大孔則用來(lái)儲(chǔ)存電解液為電極反應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充離??子。建立分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料有利于增加電解液與材料的充分接觸增加孔??隙利用率［２８？］。（２）電極材料表面的電子特性和親水性對(duì)電極與電解液之間能否??充分接觸浸潤(rùn)有密切關(guān)系［３１］；為了增加材料表面的浸潤(rùn)性可以通過(guò)對(duì)材料表面??進(jìn)行摻雜改性（如氮、硫、磷等元素的摻雜）。（３）氮含量，對(duì)于氮摻雜類(lèi)的多??孔碳除了物理吸附提供的雙電層電容還有氮元素提供的贗電容同時(shí)氮元素對(duì)于??改善材料導(dǎo)電性浸潤(rùn)性都有一定的積極作用。（４）不同材料特性不同單獨(dú)用作電??極材料往往不能滿足實(shí)


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