近幾年來(lái),超級(jí)電容器由于其功率密度高,循環(huán)穩(wěn)定性好以及綠色環(huán)保引起了各個(gè)鄰域廣泛的關(guān)注。超級(jí)電容器儲(chǔ)能性能的關(guān)鍵在于電極材料的選取,如何制備高能量密度和功率密度的電極成為現(xiàn)在面臨的主要問(wèn)題。電紡碳納米纖維具有高的長(zhǎng)徑比和纖維之間構(gòu)成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),成為一種理想的自支撐柔性電極材料,同時(shí)電紡碳納米纖維也是一種理想的基底材料易與其他贗電容材料復(fù)合,制備高性能的電極。本論文對(duì)此進(jìn)行了以下一系列的研究:(1)通過(guò)熱解g-C_3N_4實(shí)現(xiàn)對(duì)PVP基電紡碳納米纖維的可控高效的氮化過(guò)程,成功制備了高含氮量的碳納米纖維,其含氮量為8.96%。三電級(jí)測(cè)試系統(tǒng)中,摻氮碳纖維表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性質(zhì)。NC-800比電容為264 F/g在電流密度為1A/g時(shí)。在電化學(xué)儲(chǔ)能的過(guò)程中,氮的摻雜增加了贗電容,提高了碳纖維的能量密度;同時(shí)氮的孤對(duì)電子與水中的氫離子結(jié)合形成氫鍵。改善了電極的浸潤(rùn)性,減小了體系的接觸電阻。通過(guò)控制氮化溫度,有效的調(diào)節(jié)了碳納米纖維中氮的含量。(2)將正硅酸乙酯與PVP基碳納米纖維前驅(qū)體溶液混紡后,經(jīng)過(guò)碳化、酸處理后制備了多孔碳納米纖維,極大的增加了碳纖維的比表面積,純碳纖維(CNFs)的比表面積為150.8767 m~2/g,而多孔碳纖維(PCNFs-2)的比表面積為353.6557m~2/g。同時(shí)多孔碳納米纖維表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性質(zhì)。在電流密度為1A/g時(shí),比電容為153 F/g。多級(jí)孔結(jié)構(gòu),使得其電阻減小且倍率性提高。其中大孔結(jié)構(gòu)為離子在電極中傳輸提供通道。微孔結(jié)構(gòu)直接參與電荷存儲(chǔ)。多級(jí)孔結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)配合,提高了碳纖維的電化學(xué)性能。在這基礎(chǔ)上,進(jìn)一步氮化處理,制備摻氮多孔碳纖維,氮摻雜改善提高了碳材料的能量密度,但其倍率性比較低,孔結(jié)構(gòu)恰好彌補(bǔ)了這一不足。
【學(xué)位單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ342.742;TB383.1;TM53
【部分圖文】：

東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒 論1.1 前言設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新型能量轉(zhuǎn)換裝置和儲(chǔ)能器件提高能源的轉(zhuǎn)化效率和有效的存儲(chǔ)是目前針對(duì)能源緊缺和環(huán)境污染等問(wèn)題的一個(gè)有效的解決途徑。隨著科技的發(fā)展，很多常的電子設(shè)備、交通工具都開(kāi)始使用節(jié)能環(huán)保的電源。因此設(shè)計(jì)制備一種能量密度高大功率放電，循環(huán)壽命高的器件對(duì)未來(lái)能源的有效利用以及先進(jìn)的能量存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化系的構(gòu)建都具有十分重要的意義。到目前為止，超級(jí)電容器、電池和燃料電池是三種非重要的電化學(xué)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化裝置。

圖 1.2 超級(jí)電容器的組成結(jié)構(gòu)圖。極材料性能直接影響著電容器的儲(chǔ)能性能。理想性能簡(jiǎn)單極材料可以分為以下三類[1,10, 25, 26]：面積高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的碳材料，如石墨還原反應(yīng)增加贗電容的導(dǎo)電聚合物，

化溫度為 900℃的活性炭氈電化學(xué)測(cè)試結(jié)果（A）在不同掃描速率下的循環(huán)伏安曲線）；（B）在不同電流密度下的恒定電流充放電圖（GCD 曲線）[49]。好的孔結(jié)構(gòu)一方面使得電極的電阻下降，另一方面能更好的幫助電極和結(jié)構(gòu)為電解液中離子的傳輸提供通道，而微孔和介孔大幅度的提高材孔更是直接參與電荷的存儲(chǔ)。在碳材料中具有大的比表面積和孔徑分活性炭[40]、碳納米管[41]、碳納米纖維[42]、碳凝膠[43]以及石墨烯[44]。這極材料被廣泛的應(yīng)用，因?yàn)楦叩谋砻娣e為電荷的存儲(chǔ)提供了大的場(chǎng)所，電荷存儲(chǔ)能力。為了進(jìn)一步提高碳材料的比表面積，我們通常采用模板激光表面處理等方法，增加微孔和介孔。到目前為止，文獻(xiàn)中報(bào)道的，液，有對(duì)應(yīng)的孔徑，例如水系電解液 0.4mm 或者 0.7mm 左右，而對(duì)于，碳材料最優(yōu)孔徑分布為 0.8mm 左右[45]。極的比表面積和孔徑分布的程度會(huì)影響電極的儲(chǔ)能性質(zhì)。同時(shí)電極和電也會(huì)影響整個(gè)存儲(chǔ)過(guò)程，碳材料本身的浸潤(rùn)性差，為了改善這一問(wèn)題，的摻雜。在碳材料中摻雜的異原子主要有 O，N，P，B。這其中摻雜最
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本文編號(hào)：2843091