發(fā)展新型電化學儲能技術(shù)利用清潔可再生能源是解決能源短缺環(huán)境污染問題的重要途徑。鈉離子電池因其潛在的低成本性、資源豐富等特點可以在大規(guī)模儲能領(lǐng)域應用。硬碳材料被認為是最具潛力的鈉離子電池負極材料。然而其性能需要進一步提升以滿足產(chǎn)業(yè)化需求,同時硬碳材料的儲鈉機理仍存在爭議,需要進一步研究。超級電容器因其高功率密度、超長循環(huán)壽命等特點成為眾多學者關(guān)注的熱點,但是其能量密度較低的問題限制其大規(guī)模應用。提高活性炭電極材料的比電容值從而提高超級電容器能量密度是一個研究熱點。本文使用間苯二酚甲醛原料體系合成酚醛樹脂,在不同的炭化溫度處理后得到一系列的硬碳材料。其中使用1300℃處理得到的硬碳材料經(jīng)電化學測試表明具有407mAh/g的可逆儲鈉容量、88%的首次庫倫效率,在l00mAh/g電流密度循環(huán)200周后容量保持率為89.8%。該材料在鈉離子全電池中發(fā)揮容量為372mAh/g。同時對不同炭化溫度處理得到的硬碳材料使用ex suit XRD、不同掃速CV、HTEM、Raman等測試方法總結(jié)其結(jié)構(gòu)特性和儲鈉性能之間的構(gòu)效關(guān)系探索該硬碳材料的儲鈉機理。放電曲線中高電壓斜坡段容量由鈉離子在缺陷位存儲所貢獻...

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鈉離子電池簡介
        1.2.1 鈉離子電池工作原理
        1.2.2 鈉離子電池結(jié)構(gòu)
        1.2.3 鈉離子電池發(fā)展歷史與現(xiàn)狀
    1.3 鈉離子正極材料
        1.3.1 鈉層狀金屬氧化物
        1.3.2 聚陰離子型正極材料
        1.3.3 普魯士藍型正極材料
    1.4 鈉離子電池負極材料
        1.4.1 合金反應負極材料
        1.4.2 金屬氧(硫)化物
        1.4.3 碳基負極材料
    1.5 超級電容器簡介
        1.5.1 超級電容器原理
        1.5.2 超級電容器特點
        1.5.3 超級電容器分類
        1.5.4 超級電容器結(jié)構(gòu)
    1.6 超級電容器電極材料
        1.6.1 貴金屬氧化物
        1.6.2 過渡金屬氧化物
        1.6.3 碳基電極材料
    1.7 選題背景及研究內(nèi)容
第二章 實驗及表征方法
    2.1 實驗原料與實驗設(shè)備
        2.1.1 實驗原料
        2.1.2 實驗所用儀器設(shè)備
    2.2 材料物理性質(zhì)表征方法
        2.2.1 熱重分析與示差掃描量熱法聯(lián)用(TG-DSC)
        2.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.2.3 X射線衍射分析(XRD)
        2.2.4 X射線光電子能譜(XPS)
        2.2.5 拉曼光譜分析(Raman)
        2.2.6 比表面積及孔結(jié)構(gòu)分析
        2.2.7 透射電子顯微鏡(HTEM)
    2.3 材料電化學性質(zhì)表征方法
        2.3.1 工作電極制備及電化學測試器件組裝
        2.3.2 電化學表征方法
第三章 酚醛樹脂基硬碳儲鈉性能研究
    3.1 引言
    3.2 酚醛樹脂基硬碳材料的制備
        3.2.1 前驅(qū)體選擇
        3.2.2 間苯二酚甲醛樹脂制備
        3.2.3 間苯二酚甲醛樹脂TG-DSC分析
        3.2.4 酚醛樹脂基硬碳材料的制備
    3.3 酚醛基樹脂硬碳材料物性表征
        3.3.1 微觀形貌分析(SEM)
        3.3.2 X射線衍射分析(XRD)
        3.3.3 激光拉曼光譜分析(Raman)
        3.3.4 高倍透射電子顯微鏡分析(HR-TEM)
        3.3.5 比表面積及孔結(jié)構(gòu)分析
        3.3.6 光電子能譜分析(XPS)
    3.4 酚醛基樹脂硬碳材料儲鈉性能
        3.4.1 循環(huán)伏安測試(CV)
        3.4.2 恒流充放電測試
        3.4.3 恒電流流間歇滴定測試(GITT)
        3.4.4 倍率性能測試
        3.4.5 循環(huán)穩(wěn)定性測試
    3.5 酚醛樹脂基硬碳儲鈉機理探索
        3.5.1 不同階段的容量貢獻比較
        3.5.2 不同炭化處理的硬碳材料的平均平臺電壓比較
        3.5.3 半電池過度放電放實驗
        3.5.4 半原位X射線衍射(ex suit XRD)
        3.5.5 不同掃速循環(huán)伏安測試
    3.6 酚醛樹脂基硬碳在鈉離子電池中的性能研究
        3.6.1 鈉離子電池電極制備及電池組裝
        3.6.2 恒流充放電測試
        3.6.3 倍率性能測試
        3.6.4 循環(huán)穩(wěn)定性測試
    3.7 本章小結(jié)
第四章 酚醛樹脂基活性炭作為超級電容器電極材料性能研究
    4.1 引言
    4.2 分級孔道結(jié)構(gòu)活性炭材料制備
        4.2.1 間苯二酚甲醛樹脂合成
        4.2.2 前驅(qū)體的的碳化與活化
    4.3 分級孔道結(jié)構(gòu)活性炭材料物性表征
        4.3.1 活性炭材料微觀形貌分析(SEM)
        4.3.2 活性炭材料X射線衍射分析(XRD)
        4.3.3 活性炭材料激光拉曼光譜分析(Raman)
        4.3.4 活性炭材料比表面積及孔結(jié)構(gòu)分析
        4.3.5 活性炭材料X射線光電子能譜分析(XPS)
    4.4 分級孔道結(jié)構(gòu)活性炭材料電化學性能表征
        4.4.1 活性炭材料循環(huán)伏安測試
        4.4.2 活性炭材料交流阻抗測試
        4.4.3 活性炭材料電容性能
        4.4.4 活性炭材料能量與功率性能
        4.4.5 活性炭材料循環(huán)性能測試
    4.5 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況
致謝



本文編號：3890934