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分级多孔碳及其复合物结构调控与电化学性能

作　者: 夏玉明
导　师: 程起林；高玮
学　校: 华东理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 超级电容器 电极材料 分级多孔碳 聚苯胺
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


超级电容器作为新一代的储能装置,由于其比普通电容器的比能量更高,比二次电池的比功率更高、循环寿命更长、更耐温而且免维修等优点,受到了广泛的关注。电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。超级电容器的电极材料主要有：高比表面积的碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物,其中碳材料由于价格低廉、电化学稳定性好、比表面积和孔容量大等优点已成为超级电容器的首选电极材料。常用的碳材料由于各自的一些缺点导致电化学性能没有达到预期的要求。通过对分级多孔碳及其复合结构的调控来获得高储能密度超级电容器的电极材料仍然是目前研究的重点。本论文的主要工作包括：利用二氧化硅球作为硬模板,F127作为软模板,酚醛树脂作为碳源制备了分级多孔碳(HPC)。通过改变二氧化硅球的粒径大小(240-420nm),制备了孔径不同的分级多孔碳。制备的分级多孔碳具有高的比表面积(-900m2 g-1)和大的孔容量(-1.2 cm3 g-1)。利用循环伏安、充放电、交流阻抗研究了硅模板孔径对分级多孔碳电化学性能的影响。结果表明,HPC-242具有最小的孔径和最高的比容量(0.1A g-1时可高达165F g-1)。利用空心介孔硅球(HMSi)作为模板、酚醛树脂乙醇溶液(20wt%)作为碳源制备了分级多孔碳(HPCs).通过改变实验条件实现对分级多孔碳的形貌、粒径、壁厚的调控。利用循环伏安、充放电、交流阻抗等方法考察了碳源量对制备的分级多孔碳的电化学性能的影响。结果发现,HPCs-0.5(加入的碳源量是0.5g)在1M H2SO4电解液中,0.1Ag-1时的比容量可高达256F g-1。利用无模板法制备了分级多孔碳/聚苯胺纳米线的复合材料。采用空心介孔硅/碳复合物作为基体,在其表面通过化学氧化聚合的方法自组装聚苯胺纳米线阵列,形成海胆状结构的分级多孔碳/聚苯胺纳米线复合物。电化学测试表明,该复合物在0.1Ag-1时其比容量可高达452Fg-1。此外,还对海胆结构的分级多孔碳/聚苯胺的形成机理进行了探讨。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-24
  1.1 超级电容器的组成  9-11
    1.1.1 电极材料的组成  10
    1.1.2 电解液  10
    1.1.3 隔膜  10-11
  1.2 超级电容器的工作原理  11-13
    1.2.1 双电层电容器  11
    1.2.2 法拉第赝电容器  11-12
    1.2.3 超级电容器的特点及应用  12-13
  1.3 电解液  13-14
    1.3.1 水性电解液  13
    1.3.2 有机电解液  13-14
    1.3.3 离子液体  14
  1.4 电极材料  14-23
    1.4.1 碳材料  14-18
    1.4.2 导电聚合物  18-20
    1.4.3 金属氧化物或金属氢氧化物  20-22
    1.4.4 导电聚合物与碳复合材料的研究进展  22-23
  1.5 本论文的研究目的和主要工作  23-24
第二章 二氧化硅球为模板制备分级多孔碳及其电化学性能的研究  24-34
  2.1 实验部分  24-26
    2.1.1 原料及试剂  24
    2.1.2 二氧化硅球的制备  24
    2.1.3 分级多孔碳的制备  24-25
    2.1.4 超级电容器电极的制备  25
    2.1.5 测试与表征  25-26
  2.2 结果与讨论  26-33
    2.2.1 二氧化硅球的形貌表征  26
    2.2.2 分级多孔碳的形貌表征  26
    2.2.3 分级多孔碳的结构表征  26-28
    2.2.4 分级多孔碳的结构表征  28-30
    2.2.5 分级多孔碳的电化学性能表征  30-33
  2.3 本章小结  33-34
第三章 空心介孔硅球作为模板制备分级多孔碳  34-50
  3.1 实验部分  34-36
    3.1.1 原料及试剂  34
    3.1.2 空心介孔硅球的制备  34
    3.1.3 分级多孔碳的制备  34-35
    3.1.4 超级电容器电极的制备  35
    3.1.5 测试与表征  35-36
  3.2 结果与讨论  36-48
    3.2.1 空心介孔硅球的形貌表征  36
    3.2.2 分级多孔碳的形貌表征  36-37
    3.2.3 空心介孔硅球与分级多孔碳的结构表征  37-40
    3.2.4 分级多孔碳电极材料的电化学性能  40-41
    3.2.5 多组分级多孔碳的制备  41-48
  3.3 本章小结  48-50
第四章 分级多孔碳与聚苯胺纳米线复合材料的制备  50-62
  4.1 实验部分  50-52
    4.1.1 原料及试剂  50
    4.1.2 分级多孔碳与聚苯胺纳米线复合材料的制备  50-51
    4.1.3 电极的制备  51
    4.1.4 测试与表征  51-52
  4.2 结果与讨论  52-61
    4.2.1 分级多孔碳/聚苯胺纳米线复合材料的制备过程  52
    4.2.2 分级多孔碳/聚苯胺纳米线的形貌表征  52-53
    4.2.3 分级多孔碳/聚苯胺纳米线的结构表征  53-54
    4.2.4 分级多孔碳/聚苯胺纳米线的电化学性能  54-59
    4.2.5 合成机理的研究  59-61
  4.3 本章小结  61-62
第五章 全文总结与展望  62-64
  5.1 全文总结  62-63
  5.2 课题展望  63-64
参考文献  64-71
致谢  71-72
附录:作者研究生期间的科研成果  72

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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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