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超级电容器多孔炭电极材料研究

作　者: 郑冬芳
导　师: 贾梦秋
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 超级电容器 多孔炭 电极材料 层次孔 富氮炭材料
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


具有高功率、长寿命的超级电容器在电动汽车、不间断电源、可再生能源利用等领域的应用前景广阔，是当前研究的热点。多孔炭材料是超级电容器的关键材料。本文对多孔炭材料进行了多渠道的探索，制备出了富氮多孔炭、层次孔炭材料、沥青基多孔炭和模板炭等四种高性能炭电极材料。1、提出了采用含氮有机酸盐制备富氮多孔炭材料的新方法，将乙二胺四乙酸四钠盐在惰性气氛保护下仅经高温炭化即简便制备出富氮多孔炭材料，探讨了炭化温度（600-900℃）对所制备炭材料的比表面积、孔结构、氮含量和电化学电容性能的影响。随炭化温度升高，比表面积增大而氮含量降低。700℃炭化得到的炭材料比表面积为708m2/g，氮含量7.74%，由于双电层和准电容的共同贡献其在6M KOH电解液中的比电容达到244F/g。大电流性能和循环性能优异，电流密度增大到20A/g比容量还保持有188F/g。2、NaOH一步活化PVDC简便地制备出高比表面积，含有微孔、中孔、大孔的层次孔结构的炭材料，在无机和有机电解液中都兼有高的比容量和优异的大电流性能。NaOH/PVDC=3:1制备的NPC3的比表面积达到2815m2/g，孔容1.573cm3/g，在无机电解液中的质量比容量达到376F/g，电流密度增大到10A/g，比电容还保持有268F/g。NPC3在有机电解液中的质量比容量达到170F/g，电流密度增大到10A/g，比电容还保持有144F/g，表明这是一种很有前景的电容炭材料。3、以沥青为前驱体，通过预氧化、炭化、NaOH活化制备出比表面积1423m2/g、孔容0.746m3/g的多孔炭，在6M KOH电解液中的质量比容量达到276F/g、体积比容量127F/cm3。具有良好的大电流性能，电流密度增大到20A/g，比容量保持189F/g。4、以甲苯为碳源、纳米CaCO3为模板，采用化学气相沉积（CVD）法通过控制沉积时间制备出从炭纳米片到空心炭的不同结构炭材料，在电化学储能领域将有广阔应用前景。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-16
第一章 绪论  16-30
  1.1 超级电容器  16-21
    1.1.1 超级电容器简介  16-17
    1.1.2 超级电容器的原理  17-19
    1.1.3 超级电容器的特点  19
    1.1.4 超级电容器的应用  19-20
    1.1.5 超级电容器的发展和现状  20-21
  1.2 超级电容器电极材料的研究进展  21-27
    1.2.1 炭基电极材料  22-26
    1.2.2 过渡金属氧化物  26
    1.2.3 导电聚合物  26-27
  1.3 超级电容器用电解液  27-28
    1.3.1 超级电容器对电解液的要求  27
    1.3.2 超级电容器用电解液的分类  27-28
  1.4 本文研究内容  28-30
第二章 实验器材及研究方法  30-36
  2.1 实验药品和仪器  30-31
    2.1.1 实验药品  30-31
    2.1.2 实验仪器  31
  2.2 电极材料的表征方法  31-32
  2.3 超级电容器的组装及测试  32-36
    2.3.1 无机体系超级电容器的组装  32-33
    2.3.2 有机体系超级电容器的组装  33
    2.3.3 测试方法  33-36
第三章 乙二胺四乙酸盐直接炭化制备超级电容器用富氮电容炭  36-52
  3.1 研究背景  36
  3.2 制备方法  36-37
  3.3 乙二胺四乙酸四钠裂解炭的结构  37-44
    3.3.1 乙二胺四乙酸四钠电容炭的比表面积和孔容  37-40
    3.3.2 乙二胺四乙酸四钠电容炭的XRD  40
    3.3.3 乙二胺四乙酸四钠电容炭的Raman光谱  40-41
    3.3.4 乙二胺四乙酸四钠电容炭的SEM和TEM  41-43
    3.3.5 乙二胺四乙酸四钠电容炭的XPS  43-44
  3.4 乙二胺四乙酸四钠裂解炭的电容性能  44-50
  3.5 结论  50-52
第四章 NaOH一步活化PVDC简便制备层次孔结构电容炭  52-66
  4.1 研究背景  52-53
  4.2 制备方法  53
  4.3 NaOH一步活化PVDC制备出的电容炭的结构  53-58
    4.3.1 比表面积和孔容  53-56
    4.3.2 SEM和TEM  56-58
  4.4 PVDC基层次孔结构电容炭的电化学性能  58-65
    4.4.1 无机体系中的电化学性能  58-62
    4.4.2 有机体系中的电化学性能  62-65
  4.5 结论  65-66
第五章 NaOH活化沥青制备超级电容器用多孔炭材料  66-74
  5.1 研究背景  66
  5.2 制备方法  66-67
  5.3 沥青基电容炭的结构  67-69
    5.3.1 比表面积和孔容  67-68
    5.3.2 SEM  68-69
  5.4 沥青基电容炭的电化学性能研究  69-72
  5.5 结论  72-74
第六章 以纳米CaCO_3为模板制备炭材料—从炭纳米片到空心炭  74-84
  6.1 研究背景  74
  6.2 制备方法  74-75
  6.3 样品的表征  75-80
  6.4 炭纳米片的电化学嵌锂性能  80-82
  6.5 结论  82-84
第七章 结论  84-86
参考文献  86-90
致谢  90-92
研究成果及发表的学术论文  92-94
作者及导师简介  94-95
附件  95-96

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 电容器
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