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超级电容器不同孔结构分布的高比表面积活性炭电极材料的研究

作　者: 陈浩
导　师: 潘秀梅
学　校: 东北师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 超级电容器 活性炭 电化学性能 比容量
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 81次
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内容摘要


随着可再生能源和混合动力车（HEV）的日益发展,对轻巧型,紧凑型的电源的需求与日俱增。在储能电源之中,超级电容器由于拥有可弥补介电容器与传统电池差距的优良的功率输出性能,正受到人们广泛的关注。目前,超级电容器已广泛的应用到很多领域之中,包括便携式电子产品的能量储存和输出设备、电动车、可再生能源系统运行中的间歇电源。活性炭、过渡金属氧化物、导电聚合物等很多材料目前都被作为超级电容器电极材料的研究。活性炭由于其相对较低的成本,高的比表面积和良好的导电性,目前是超级电容器最广泛使用电极材料。因此,本文报道了一种简便、有效地途径合成拥有微孔-中孔结构的活性炭材料。活性炭的结构性质由热重分析,X射线衍射,氮气吸附/脱附等温线和透射电子显微镜等表征。结果显示,制备的活性炭的比表面积、微孔孔体积和中孔孔体积都得到了明显的提高。并且氢氧化钾、氯化锌、酚醛树脂三者的质量混合比例和活化温度对活性炭的孔隙率、比表面积和孔体积都有一个明显的影响。活性炭样品的电化学性能是在1 M Et3MeNBF4/PC有机电解液中调查。结果表明,经过调制得到的大量微孔在很大程度上提高了超级电容器的比电容,并且自由连接的中孔又进一步为离子的快速传输提供了渠道,还打开了被关闭的微孔,提高了微孔利用率。影响超级电容器电化学性能显著的微孔-中孔适中比率也被探究。在制得的一系列活性炭材料之中,由质量混合比为KOH/ZnCl2/PF = 1:2:2制备得到的样品PC-6在不同电流密度充放电的测试中显示了最优良的电化学性能。样品PC-6在有机电解液中表现出了142F/g的高比容量和36Wh/kg高能量密度。PC-6优良的电化学性能可归功于其发展优良的孔结构,高的比表面积,大的孔体积,还有平衡的微孔和中孔孔隙分布。

全文目录


中文摘要  4-5
英文摘要  5-8
第一章 绪论  8-22
  1.1 超级电容器概述  8-13
    1.1.1 超级电容器发展史  8-9
    1.1.2 超级电容器的分类和结构  9-10
    1.1.3 超级电容器的工作原理  10-11
    1.1.4 超级电容器的主要特点  11-12
    1.1.5 超级电容器的应用  12-13
  1.2 超级电容器电极材料的研究进展  13-18
    1.2.1 碳基电极材料  13-16
    1.2.2 过渡金属氧化物电极材料  16-17
    1.2.3 导电聚合物电极材料  17-18
  1.3 超级电容器电解液的研究进展  18-20
    1.3.1 液体电解液  18-19
    1.3.2 固体电解液和凝胶电解液  19-20
  1.4 超级电容器隔膜的研究进展  20
  1.5 选题依据  20-22
第二章 实验部分  22-25
  2.1 主要化学试剂和实验仪器  22
    2.1.1 主要化学试剂  22
    2.1.2 实验仪器  22
  2.2 活性炭制备表征手段  22-23
    2.2.1 热重分析  22-23
    2.2.2 X 射线粉末衍射  23
    2.2.3 氮气吸脱附实验  23
    2.2.4 透射电子显微镜  23
  2.3 超级电容器电化学表征  23-25
    2.3.1 恒流充放电  23
    2.3.2 电容器性能参数计算依据  23-25
第三章 活性炭的制备及结构分析  25-32
  3.1 高比表面积活性炭的制备  25-26
  3.2 结果与讨论  26-30
    3.2.1 热重曲线分析  26
    3.2.2 XRD 分析  26-27
    3.2.3 氮气吸脱附等温线分析  27-28
    3.2.4 孔径分布分析  28-29
    3.2.5 孔结构特点分析  29
    3.2.6 透射电子显微镜分析  29-30
  3.3 小结  30-32
第四章 活性炭作为电极材料的电化学性能分析  32-37
  4.1 电化学实验  32
  4.2 结果与讨论  32-36
    4.2.1 充放电测试分析  32-34
    4.2.2 比容量和电流密度分析  34-35
    4.2.3 功率密度和能量密度分析  35-36
  4.3 小结  36-37
结论  37-38
参考文献  38-43
致谢  43

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