学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

用于超级电容器电极材料的炭气凝胶制备及改性

作　者: 郑晓玲
导　师: 王进福
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 炭气凝胶有机聚合物超级电容器比容量
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 87次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

超级电容器是间于传统静电容器和二次电池的一种新型储能装置，在国防和民用领域有着广泛应用。电极是决定超级电容器性能的主要因素，因此，高性能电极材料的研究具有重要意义。本课题的目的是制备高性能的炭气凝胶电极材料，并应用于超级电容器。通过红外研究了有机气凝胶前躯体官能团特征，通过扫描电镜研究了炭气凝胶的形貌，通过在6mol/L KOH电解液中进行循环伏安、恒流充放电等测试研究了炭气凝胶电极材料的比容量、循环充放电稳定性、内电阻等性能。本论文主要进行了以下几方面工作：以间苯二酚和甲醛为原料，在碱性氢氧化物催化下，通过溶胶-凝胶法经常压干燥、炭化制备炭气凝胶。探索催化剂种类、用量及制备手段对炭气凝胶结构以及电化学性能的影响。结果表明：催化剂种类及浓度的改变，引起反应体系pH的变化。随着反应体系pH减小，炭气凝胶形貌由块状向球状转变，炭气凝胶的比电容先增大后减小。以Mg（OH）₂为催化剂，R/C（间苯二酚与催化剂的摩尔比）为5087时制备炭气凝胶的比容量较大，在10mA放电比容量为119.4F/g；以Al（OH）3为催化剂，R/C为2.69×109时制备炭气凝胶的比容量较大，在10mA放电比容量为129.2F/g；以Ca（OH）₂为催化剂，R/C为74时制备炭气凝胶的比容量较大，在10mA放电比容量为132.9F/g；以NaOH为催化剂，R/C为1000时制备炭气凝胶的比容量较大，在10mA放电比容量为124.1F/g。对制备的炭气凝胶为电极的电容器循环寿命测试结果表明：该材料在10mA恒电流充放电500次，其比容量保持率高，循环性能良好。为了提高电极材料的比容量，对炭气凝胶进行改性。分别在制备过程中引入有机聚合物和无机金属盐，研究添加种类及添加量对炭气凝胶形貌、结构和性能的影响。结果表明：在引入添加剂时，随着添加量的增大，炭气凝胶的比容量先增大后减小，在添加量为0.5%时最大。添加量相同时，添加F127制备的炭气凝胶的比容量大于添加Span80、聚乙二醇制备的。添加0.5%F127制备的炭气凝胶在10mA的放电比容量为146.7F/g，50mA的放电比容量为137.0F/g。循环寿命测试表明该样品具有良好的循环性能。引入金属盐时，随着R/T（间苯二酚与金属盐的摩尔比）的增大，炭气凝胶的比容量也增大。R/T相同时，引入Mn（AC）2制备的炭气凝胶比容量大于引入Ni（AC）2和Co（AC）2制备的。加入Mn（AC）2，R/T为100时制备的炭气凝胶在10mA的放电比容量为140.8F/g，50mA的放电比容量为125.6F/g。循环寿命测试表明该样品具有良好的循环性能。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-22
  1.1 超级电容器的概述  10-14
    1.1.1 超级电容器的概念  10
    1.1.2 超级电容器的结构  10-12
    1.1.3 超级电容器的原理  12-14
  1.2 超级电容器的应用现状及发展前景  14-15
  1.3 超级电容器电极材料的研究现状及发展前景  15-21
    1.3.1 炭材料  16-19
    1.3.2 金属氧化物材料  19-20
    1.3.3 导电聚合物材料  20
    1.3.4 复合电极材料  20-21
  1.4 本论文的立项依据和研究目的  21-22
第2章实验内容及方法  22-27
  2.1 实验材料  22
  2.2 实验设备  22-23
  2.3 实验方法  23-27
    2.3.1 炭气凝胶的制备  23-24
    2.3.2 材料结构及物性表征  24
    2.3.3 电化学性能测试  24-27
第3章金属氢氧化物催化条件下炭气凝胶  27-49
  3.1 Mg(OH)_2 催化制备炭气凝胶及表征  27-32
    3.1.1 M g (OH)_ 2 催化制备炭气凝胶  27-28
    3.1.2 结构及物性表征  28-29
    3.1.3 电化学性能测试  29-32
  3.2 Al(OH)_3 催化制备炭气凝胶及表征  32-37
    3.2.1 Al (OH)_3 催化制备炭气凝胶  32-33
    3.2.2 结构及物性表征  33-34
    3.2.3 电化学性能测试  34-37
  3.3 Ca(OH)_2 催化制备炭气凝胶及表征  37-42
    3.3.1 Ca (OH)_2 催化制备炭气凝胶  37-38
    3.3.2 结构及物性表征  38-39
    3.3.3 电化学性能测试  39-42
  3.4 NaOH 催化炭气凝胶制备及表征  42-48
    3.4.1 NaOH 催化制备炭气凝胶  42-43
    3.4.2 结构及物性表征  43-45
    3.4.3 电化学性能测试  45-48
  3.5 本章小结  48-49
第4章炭气凝胶的改性及性能  49-72
  4.1 有机聚合物改性炭气凝胶的制备及表征  49-61
    4.1.1 Sp a n- 80 改性炭气凝胶的制备及表征  49-53
    4.1.2 聚乙二醇改性炭气凝胶的制备及表征  53-57
    4.1.3 F 1 27 改性炭气凝胶的制备及表征  57-61
  4.2 无机金属盐改性炭气凝胶的制备及表征  61-71
    4.2.1 镍盐改性炭气凝胶的制备及表征  61-64
    4.2.2 钴盐改性炭气凝胶的制备及表征  64-67
    4.2.3 锰盐改性炭气凝胶的制备及表征  67-71
  4.3 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-78
致谢  78

用于超级电容器电极材料的炭气凝胶制备及改性

内容摘要

全文目录

相似论文