多級孔碳材料作為當前的研究熱點,其原料來源廣泛,制備方法多樣化,具有優(yōu)異的光、熱、磁、電等性能,在眾多領域具有潛在的應用價值。本論文選取不同聚合物作為碳源,通過不同的方法制備出不同形貌的多級孔碳材料,并探究其作為電極材料在超級電容器電化學儲能方面的應用。1.采用廢舊塑料聚丙烯（PP）作為碳源,添加一定比例的硫（S）和二茂鐵（Fe（C₅H₅）₂）,在高溫密閉條件下制備出S摻雜花狀碳納米片,并通過調節(jié)碳與KOH比例對碳納米材料進行高溫活化處理得到多孔結構。經(jīng)過測試表征后,確定碳和KOH質量比1:6作為最佳碳堿活化比例,使材料比表面積高達1922 m²/g,孔體積為2.805cm³/g,在1 A/g電流密度下質量比電容為233.7 F/g,表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學性能。2.采用廢舊塑料瓶（PET）作為碳源,氧化鎂/乙酰丙酮鈷（Mg O/Co（C₅H₇O₂）₃）作為組合催化劑,在高溫密閉條件下進行碳化,制... 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

010年中國的石油儲備量與其他發(fā)達國家的對比（圖片來源：美國能源信息署）

第1章緒論2根據(jù)超級電容器的工作原理考慮，電極材料對于超級電容器的電容儲量具有決定性影響。目前，超級電容器電極材料的研究熱點主要有碳材料、導電聚合物以及金屬氧化物三大類[3]，但是不同的電極材料具有各自不同的優(yōu)缺點。碳材料雖然碳前驅體來源廣泛，有價格優(yōu)勢，但是常用的碳材料例如活性炭導電性一般[4]，導致比電容表現(xiàn)不突出。金屬氧化物以釕為代表[5]，雖然具備高比容量但昂貴的價格限制了它的廣泛使用。導電聚合物的成本較低，但是循環(huán)穩(wěn)定性較差[6]。因此，根據(jù)材料的不同特點將其結合起來，發(fā)揮優(yōu)勢彌補缺陷，開發(fā)出成本低廉，比容量高，制備流程簡單的電極材料對實現(xiàn)超級電容器高性能、高普及率具有重要意義。1.2超級電容器1.2.1超級電容器的構成超級電容器依據(jù)儲能機理的差別，可以將其劃分為雙電層電容器以及贗電容電容器兩大類。雙電層電容器是通過帶有電荷的正負離子通過物理作用吸附或脫附在電極材料的雙電層界面上，從而實現(xiàn)能量的存儲與釋放；而贗電容電容器是通過在電極材料表面的電解質離子與電極之間發(fā)生可逆快速的氧化還原反應，從而進行能量的儲存與釋放[7]。圖1.2圓柱形雙電層電容器示意圖（圖片來源：TDK公司網(wǎng)站）目前，現(xiàn)有的商業(yè)化超級電容器種類繁復多樣，但是大多是基于雙電層結構設計。如圖1.2是圓柱形雙電層電容器示意圖，分別由電解液、電極、隔膜、集流體以及外殼組成。電極是由電極活性材料涂覆到集流體上構成，集流體作為電極活性物質的載體，一方面可以增大電解液與電極材料的接觸面積，增多活性位點；另一方面可以起到集結電荷的作用。而電極活性材料是電容器電容性能的關鍵，通常電極活性材料需要具備有較大的比表面積，適宜的孔徑分布，以及優(yōu)良的導電性。目前常用的電極活

第1章緒論3性材料有碳材料、金屬氧化物和導電聚合物，其中碳材料由于具有價格低廉以及穩(wěn)定性好等特點相較于另外兩種更為常用。電解液是超級電容器的重要組成之一，是由電解質、溶劑和添加劑構成。超級電容器的電解液主要分為液體和固體兩種，其中液體有水系如KOH溶液、非水系EMITFSI等，而固體電解質有LITFSI/PEO。電解液的選擇一般遵循以下原則：溶劑化陰離子極化率高、電導率高、分解電壓高、不與集流體發(fā)生反應等等，選擇合適的電解質有利于離子傳導，進而影響超級電容器的性能。隔膜的作用是避免兩個電極片接觸發(fā)生短路而將兩個電極片隔離開，常選用電阻小化學性質穩(wěn)定的聚丙烯膜、尼龍膜等隔膜。1.2.2超級電容器的工作原理根據(jù)超級電容器不同的儲能原理，可以將其劃分為雙電層電容器和贗電容電容器兩大類[8]。如圖1.3為雙電層電容器的工作原理圖，在沒有外加電源時，兩個電極的電位都是φ0，電解質中的正負離子分散在電解質內部。當有外加電源進行充電時，電解質中的正負離子分別吸附到負極和正極上，則正極上的電極電位升高至φ0+φ1，而負極上的電極電位降低至φ0-φ1，通過這個過程完成雙電層電容器的充電。在放電時，雙電層電極上的電子通過外電路從負極流到正極，兩個電極上的電位都變成φ0，正負離子脫離負極和正極回到電解質內部[9]。圖1.3雙電層電容器原理圖[10]雙電層電容器的單電極電容量可表示為S（1.1）

【參考文獻】：
期刊論文
[1]N-doped ordered mesoporous carbon spheres derived by confined pyrolysis for high supercapacitor performance[J]. Juan Du,Lei Liu,Yifeng Yu,Yue Zhang,Haijun Lv,Aibing Chen.  Journal of Materials Science & Technology. 2019(10)
[2]基于柳絮的生物質活性炭制備及電容性能的研究[J]. 林燁,姚路,吳登鵬,張亞非.  電子元件與材料. 2018(10)
[3]熔鹽法制備石墨化碳納米片[J]. 李俊怡,梁峰,田亮,張海軍.  機械工程材料. 2018(06)
[4]贗電容型超級電容器電極材料研究進展[J]. 孫銀,黃乃寶,王東超,詹溯,李瑞超.  電源技術. 2018(05)
[5]電化學超級電容器電極材料研究進展[J]. 劉云鵬,李樂,韓穎慧,吳天昊,李昕燁.  華北電力大學學報(自然科學版). 2016(06)
[6]超級電容器電極材料研究最新進展[J]. 薛璐璐,秦占斌,高筠,趙南,孫博.  化學工程師. 2015(07)
[7]超級電容器電極材料研究最新進展[J]. 趙雪,邱平達,姜海靜,金振興,蔡克迪.  電子元件與材料. 2015(01)
[8]導電聚合物基超級電容器電極材料研究進展[J]. 馮輝霞,王濱,譚琳,雒和明,張德懿.  化工進展. 2014(03)
[9]當前能源形勢及解決能源問題的對策[J]. 張芳.  科技傳播. 2013(03)
[10]聚酰亞胺樹脂生產和應用進展[J]. 李玉芳,伍小明.  國外塑料. 2009(09)

博士論文
[1]高比能量電化學電容器的研究[D]. 王永剛.復旦大學 2007



本文編號：3390781