【摘要】：超級(jí)電容器具有超高的功率密度,超長(zhǎng)的循環(huán)壽命,低污染等特點(diǎn),是近年來(lái)備受關(guān)注的能量存儲(chǔ)設(shè)備之一�；谏镔|(zhì)碳化的碳材料具有表面積可控,生產(chǎn)成本低,來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn),成為近年來(lái)人們研究較多的超級(jí)電容器電極之一。本論文以廉價(jià)椴木為起始原料,制備了一種具有自支撐三維多孔道結(jié)構(gòu)的碳材料-碳化木材(Carbonized Wood,CW)。為了提高CW的比電容及倍率性能,我們從以下兩方面入手,其一,在基底(CW)上直接生長(zhǎng)高比電容材料FeOOH,然后在FeOOH表面進(jìn)一步包覆高導(dǎo)電性材料PEDOT,提高復(fù)合材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性;其二,通過(guò)化學(xué)氣相沉積在CW的孔道內(nèi)生長(zhǎng)碳納米管(CNTs),以增加贗電容材料FeOOH的成核點(diǎn),期待提高CW的電荷存儲(chǔ)能力。在本論文第三章中,通過(guò)恒流電沉積法,在CW上生長(zhǎng)高容量的FeOOH贗電容材料(CW-FeOOH)。在2 M KOH電解液中,電極材料體積電容從29 F cm-3提高至110 F cm-3。為了進(jìn)一步改善CW-FeOOH的倍率性能和電化學(xué)穩(wěn)定性,通過(guò)恒壓電沉積法,在CW-FeOOH其表面原位聚合PEDOT,制備得到CW-FeOOH-PEDOT復(fù)合電極。PEDOT的引入使CW-FeOOH的倍率性能從81%提高至91%,表明導(dǎo)電聚合物PEDOT可顯著提高了電極材料的電導(dǎo)率和傳質(zhì)效率。經(jīng)5000次恒電流充放電測(cè)試(3 A g-1),復(fù)合電極材料的電容保持率提高至103%,表明三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)PEDOT的均勻包覆,對(duì)電極材料的穩(wěn)定性至關(guān)重要。在本論文第四章,我們通過(guò)一步CVD法,在CW的超大孔道中原位生長(zhǎng)CNTs,制備得到CW-CNTs,該方法不僅能夠充分利用基底(CW)的孔道空間,為活性電極材料提供更加充足的生長(zhǎng)位點(diǎn),增加單位體積內(nèi)活性物質(zhì)的含量,同時(shí)改善了材料的導(dǎo)電性和倍率性能。為了提高復(fù)合電極材料的比電容,通過(guò)恒流電沉積法生長(zhǎng)FeOOH,制備出復(fù)合電極CW-CNTs-FeOOH。結(jié)果顯示,FeOOH的負(fù)載量高達(dá)220 mg cm-3,較上一章中FeOOH的負(fù)載量提高了四倍,說(shuō)明單位體積活性物質(zhì)含量顯著增加。在10 mA cm-2的電流密度下,CW、CW-CNTs以及CW-CNTs-FeOOH的體積比電容分別為29 F cm-3、2.6 F c1mm-3和35 F cm-3。但由于CNTs生長(zhǎng)密度過(guò)大,FeOOH的電沉積時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致活性材料CNTs-FeOOH的密堆積,嚴(yán)重影響了其電化學(xué)性能的發(fā)揮,因此該制備方法有待于進(jìn)一步優(yōu)化。
【圖文】：

圖１＿１不同電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備的Ｒａｇｏｎｅ圖［４］。逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｒａｇｏｎｅ邋ｐｌｏｔ邋ｏｆ邋ｖａｒｉｏｕｓ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｓｔｏｒａｇｅ邋ｄｅｖｉｃｅｓ１４１．逡逑估儲(chǔ)能器件的性能和實(shí)際應(yīng)用潛力的主要因素包括：能量密度（質(zhì)＿１＿

逑紀(jì)的Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ在研宄膠體界面間正負(fù)離子分布時(shí)提出，并構(gòu)建了相關(guān)模型－亥姆逡逑霍茲雙層模型，見(jiàn)圖１－２邋（ａ）邋［１２］，該模型是最早提出的一種雙電層模型，即在靜逡逑電引力作用下，電極與電解液界面兩側(cè)均勻分布著帶有異號(hào)電荷的電子與離子，逡逑且兩者間距處于原子級(jí)別。由于該模型與傳統(tǒng)的兩極板電容器較為相似，因此，逡逑Ｇｏｕｙ和Ｃｈａｐｍａｎ對(duì)該模型進(jìn)行了修改［１２］，提出了邋Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ模型，見(jiàn)圖１邋－逡逑２邋（ｂ），相比亥姆霍茲雙層模型，它不僅涉及了異號(hào)電荷間的靜電引力，，同時(shí)也考逡逑慮到了熱運(yùn)動(dòng)的影響，從而形成了擴(kuò)散分布模型，該模型可以對(duì)電容初步定量，逡逑但當(dāng)電荷密度過(guò)高時(shí)，這種評(píng)估往往高于真實(shí)電容值。為了更加清楚準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)逡逑電容器，Ｓｔｅｒｎ模型隨之產(chǎn)生，該模型不同于前兩種（見(jiàn)圖ｌ－２ｃ）邋［１２１，它將粒子擴(kuò)逡逑散區(qū)域劃分成兩層：內(nèi)層區(qū)域稱(chēng)做致密層（又叫Ｓｔｅｒｎ層）和外層區(qū)域稱(chēng)擴(kuò)散層。逡逑其中
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11;TM53

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本文編號(hào)：2662958