隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,不可再生化石能源的日益枯竭,成本低、能量密度高、循環(huán)穩(wěn)定性好及環(huán)境友好型儲(chǔ)能設(shè)備引起了科研人員及社會(huì)的廣泛關(guān)注�，F(xiàn)階段,在諸多的儲(chǔ)能設(shè)備中,最普遍使用的儲(chǔ)能設(shè)備是電池,因?yàn)槠淠軆?chǔ)存能量并穩(wěn)定的釋放能量,且具有較小的質(zhì)量和體積,但是其能量傳輸較慢,從而大大地限制了其應(yīng)用。而超級(jí)電容器是一種新型的電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備,不僅具有高的功率密度和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),而且充放電速度快,在混合動(dòng)力汽車(chē)及各類便攜式電子設(shè)備等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。電極材料,是超級(jí)電容器的重要組成元素之一。開(kāi)發(fā)高性能、輕量化及具有柔性的電極材料是超級(jí)電容器技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。多孔碳材料,以其高比表面積、穩(wěn)定的電化學(xué)性能等優(yōu)勢(shì),在超級(jí)電容器中得到廣泛應(yīng)用。高溫碳化是制備多孔碳材料常見(jiàn)方法之一,且采用不同的前驅(qū)體可制備不同孔徑的多孔碳材料,常見(jiàn)的前驅(qū)體有淀粉、木材、有機(jī)聚合物類、動(dòng)物毛發(fā)、金屬-有機(jī)框架等。本論文采用具有較大比表面積、較高孔隙率的金屬-有機(jī)框架（MOFs）作為前驅(qū)體,制備具有高比表面積的多孔碳材料,并探討了制備工藝對(duì)其結(jié)構(gòu)與性能的影響;由于多孔碳材料主要是基于雙電層電容,所表現(xiàn)的質(zhì)量比電容不高,利... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

不同儲(chǔ)能器件的Ragone圖[4]

東華大學(xué)博士學(xué)位論文第一章3雖然太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源對(duì)環(huán)境無(wú)污染，但是它們易隨氣候、天氣、時(shí)辰的變化而出現(xiàn)不可控、不穩(wěn)定的情況，致使太陽(yáng)能和風(fēng)力所發(fā)的電能并不能直接并入電網(wǎng)從而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，而引入超級(jí)電容器來(lái)作為大容量?jī)?chǔ)能設(shè)備使用之后，生成的多余電量可暫時(shí)儲(chǔ)存在超級(jí)電容器中，當(dāng)電量不足時(shí)，超級(jí)電容器可以釋放存儲(chǔ)的電量，從而起到“削峰填谷”的作用。而在通信領(lǐng)域中，應(yīng)移動(dòng)通信設(shè)備的需求，電源必須能夠輸出大幅值的脈沖電流，同時(shí)還需要具有溫度范圍寬、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，因此超級(jí)電容器遠(yuǎn)比傳統(tǒng)化學(xué)電池有優(yōu)勢(shì)[20-22]。1.2超級(jí)電容器的分類及其工作原理依據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理差異，超級(jí)電容器可分兩類：雙電層電容器（EDLC）和法拉第贗電容器[23]。前者是通過(guò)電極與電解質(zhì)界面的雙電層來(lái)存儲(chǔ)電荷，如圖1-2（a）所示，EDLC的電極材料通常是具有較高比表面積的碳材料；后者是利用活性物質(zhì)在表面發(fā)生快速且可逆的氧化還原反應(yīng)來(lái)存儲(chǔ)電荷，如圖1-2（b）所示。常用的贗電容材料有導(dǎo)電聚合物，如聚苯胺（PANI）[24]、聚吡咯（PPy）[25]和聚噻吩（PTh）[26]等，還有過(guò)渡金屬氧化物，如二氧化錳（MnO2）[27]、四氧化三鐵（Fe3O4）[28]、氧化鎳（NiO）[5]和二氧化釕（RuO2）[29]等。兩種超級(jí)電容器的儲(chǔ)能機(jī)理及其相關(guān)電極材料將在后續(xù)章節(jié)中詳述。圖1-2兩種不同電荷儲(chǔ)存機(jī)理示意圖：(a)雙電層電容和(b)贗電容[23]Figure1-2Schematicoftwodifferentchargestoragemechanismsvia(a)electrochemicaldoublelayercapacitanceor(b)redoxreactionsbasedpseudocapacitance[23]

該超級(jí)電容器中緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層的間距小很多，因此能產(chǎn)生比普通電容器更大的容量。而且由于近表面的快速電化學(xué)過(guò)程，EDLC具有相對(duì)高的功率密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命，然而，其儲(chǔ)存的能量受限于電極材料的比表面積及電解液的分解電壓[31]。能量?jī)?chǔ)存的公式[32]為E=1/2×CV2（C為電容器的比電容；V為器件的電位窗口），為了儲(chǔ)存更多的電荷，要求電極具有能被有效利用的較高的比表面積，以形成大面積的雙電層，從而提高電化學(xué)性能。另一方面，可以組裝成非對(duì)稱超級(jí)電容器以拓展電位窗口，從而提高儲(chǔ)能密度。圖1-3(a-c)PETC/G的SEM圖；(d-f)PETC/G/CNT的SEM圖[33]Figure1-3SEMimagesof(a-c)PETC/Gand(d-f)PETC/G/CNT[33]碳材料由于其高電導(dǎo)率、高比表面積、電化學(xué)穩(wěn)定性和孔隙可調(diào)性等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于雙電層電容器中[34]�；钚蕴渴鞘褂米钤缜易疃嗟囊环N雙電層電極材料，除此之外還有許多其他結(jié)構(gòu)的納米碳材料，如碳納米管、石墨烯、碳?xì)饽z和碳化物衍生物等，來(lái)保持高功率密度并提高EDLC的能量密度[35,36]。最近，Jin等人[33]報(bào)道了在聚酯織物（PETC）上先涂覆一層石墨烯（Graphene），然后再覆蓋一層多孔碳納米管（CNT），來(lái)提高電子傳輸速度，使其表現(xiàn)出較高的電化學(xué)性能，如圖1-3所示。Zhou等人[37]通過(guò)溶膠化和碳化活化過(guò)程成功制備具有大孔、中孔和微孔的層狀多級(jí)孔碳?xì)饽z，且具有高的比表面積、高比電容和優(yōu)異的循

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Influence of graphene microstructures on electrochemical performance for supercapacitors[J]. Youning Gong,Delong Li,Qiang Fu,Chunxu Pan.  Progress in Natural Science:Materials International. 2015(05)
[2]超級(jí)電容器研究進(jìn)展及應(yīng)用分析[J]. 劉義波,李峰,胡靜.  電源技術(shù). 2015(09)
[3]高能球磨法固相摻雜制備樟腦磺酸摻雜聚苯胺[J]. 谷威,李志強(qiáng),朱申敏,張荻.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2008(09)



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