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活性炭材料的修饰及对超级电池性能影响的研究

作　者: 崔立
导　师: 袁国辉
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 非对称电容器超级电池活性炭修饰析氢速率
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

超级电池兼具铅酸电池和非对称电容器优势，但同时其活性炭电极与铅负极在工作电势上存在着差异，且活性炭电极在电池的充电末期析氢严重。为了解决这些问题，实验中进行了以下几方面的研究。实验中首先考察了所用活性炭材料的物理和电化学性能，然后采用沉积法对活性炭材料进行修饰，并考察了修饰前后的电极及材料的性能变化。最后组装成非对称电容器和超级电池对材料进行测试。采用沉积法在活性炭材料中修饰不同含量的铋、铅以及进行铅-铋复合修饰，通过BET比表面积测试，XRD，SEM，TEM以及电化学分析方法对材料进行了测试。结果表明，铋的存在有降低析氢电流的作用，且在-1.4V电势下，铋的修饰量3/100时，具有较好的抑制析氢的效果，但铋对改变工作电势作用不大。修饰铅同样也有降低析氢电流的作用，且在-1.4V电势下，修饰量超过30%时，电极上析氢速率降低并不明显，因此，认为铅修饰量为30/100时效果较好，且铅的存在有一定提高活性炭电极工作电势的作用。在此基础上，进行了铅-铋复合修饰，结果表明，铋与铅的修饰量在3/30/100时兼具较好的降低活性炭电极析氢速率，提高其工作电势的作用。将铋修饰量为3/100，铅修饰量为30/100的碳材料加入到铅酸电池中组成超级铅酸电池，并对其进行了SEM及在高倍率半荷电态下的寿命测试。结果表明，添加了含铋碳材料的电池具有比铅酸电池更长的寿命，且1.5%含铋量的碳材料循环寿命最长。对比添加1.5%不同修饰物碳材料的电池的寿命发现，修饰后的电池充电终止电压较纯活性炭的要低的多，且添加1.5%含铋量的碳材料的寿命更长，说明了修饰后抑制了电极的析氢，并在一定程度上提高了循环寿命。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 铅酸电池概述  10-13
    铅酸电池的分类及工作原理  10-11
    铅酸电池的优势与存在的不足  11
    铅酸电池负极的研究现状  11-13
  1.3 超级电容器概述  13-15
    超级电容器的分类及工作原理  13-14
    超级电容器的优缺点  14
    超级电容器用碳材料的研究现状  14-15
  1.4 超级电池概述  15-19
    超级电池结构及工作原理  15-16
    超级电池的优点及存在的问题  16-17
    超级电池的研究现状  17-19
  1.5 课题的意义及研究内容  19-20
第2章实验材料与实验方法  20-27
  2.1 实验材料  20
  2.2 实验仪器设备  20-21
  2.3 活性炭材料的修饰工艺  21-22
  2.4 电极的制备  22-23
    活性炭电极的制备  22-23
    铅负极的制备  23
  2.5 电池的装配与测试制度  23-24
    非对称电容器的装配与测试  23-24
    超级铅酸电池的装配与测试  24
  2.6 材料的表征方法  24-25
    比表面积及孔径分布  24-25
    X 射线衍射  25
    透射电子显微镜  25
    扫描电子显微镜  25
  2.7 电化学性能测试方法  25-27
    计时电流法  25
    循环伏安曲线  25-26
    恒电流充放电  26-27
第3章活性炭材料表征与性能研究  27-36
  3.1 活性炭材料的物理特性研究  27-29
    材料的比表面积  27-28
    材料的 XRD 分析  28
    材料的 SEM 与 TEM 观察  28-29
  3.2 活性炭电极的电化学性能  29-35
    电极析氢速率的研究  31-33
    电极工作电势区间的研究  33
    活性炭电极容量与比容量  33-35
  3.3 本章小结  35-36
第4章活性炭材料的修饰及性能研究  36-64
  4.1 铋对活性炭材料的修饰及性能研究  36-45
    铋修饰的活性炭材料的物理性能  36-38
    铋修饰的活性炭材料的活化  38-41
    铋修饰的活性炭材料的电化学性能  41-44
    铋作用机理的分析  44-45
  4.2 铅对活性炭材料的修饰及性能研究  45-51
    铅修饰的活性炭材料的物理性能  45-47
    铅修饰的活性炭材料的电化学性能  47-51
  4.3 铋-铅对活性炭材料的复合修饰及性能研究  51-59
    复合修饰的活性炭材料的物理性能  51-53
    复合修饰的活性炭材料的电化学性能  53-59
  4.4 新型研究电极对不同物质修饰的活性炭材料的比较  59-62
    新型研究电极的制作  59-61
    不同材料修饰的电极的循环伏安曲线  61-62
  4.5 本章小结  62-64
第5章电池的表征与性能研究  64-73
  5.1 非对称电容器的性能研究  64-68
    充放电循环性能研究  64-65
    电极的物理性能  65-68
  5.2 超级电池的性能研究  68-72
    电池的循环寿命  68-69
    电极的循环伏安曲线  69-70
    循环前后电极的 SEM 比较  70-72
  5.3 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-78
攻读学位期间发表的学术论文  78-80
致谢  80

活性炭材料的修饰及对超级电池性能影响的研究

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