超級(jí)電容器作為一種重要的新型能量存儲(chǔ)元件以其高功率密度和能量密度填充了傳統(tǒng)靜電容器和電池之間的空白,而電極材料的性質(zhì)是決定超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵因素。與金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物相比,碳材料是研究最早、應(yīng)用最廣的電極材料,但是如何在保持較高功率密度的前提下提升能量密度以及降低其生產(chǎn)成本是目前面臨的挑戰(zhàn)。本論文主要圍繞基于不同碳前軀體的富含雜原子表面官能團(tuán)的碳材料的可控合成,及其用于超級(jí)電容器電極的性能等方面進(jìn)行的基礎(chǔ)性研究。實(shí)驗(yàn)采用簡(jiǎn)單的碳材料合成工藝,實(shí)現(xiàn)了對(duì)碳材料孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控和表面摻雜改性。所得材料氮?dú)馕摳綔y(cè)試、二氧化碳吸脫附測(cè)試、掃描電鏡(SEM)、拉曼光譜、X-ray光電子能譜(XPS)、元素分析(EA)等現(xiàn)代表征手段進(jìn)行分析,并采用一系列電化學(xué)測(cè)試方法,包括循環(huán)伏安法、恒流充放電法、交流阻抗法、拓展電位窗口測(cè)試對(duì)各種材料所組成的超級(jí)電容器的電化學(xué)性能(簡(jiǎn)稱(chēng)超電容性能)進(jìn)行分析研究,并將材料的物化性質(zhì)與所制備的超級(jí)電容器的超電容性能進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析,得出了很多有啟發(fā)意義的縫果。本論文的工作主要包括以下幾個(gè)方面：第三章以磷酸為活化劑和磷源、以廢棄物咖啡渣為碳前驅(qū)體通過(guò)改變磷酸的浸漬比制...

【文章頁(yè)數(shù)】：160 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 超級(jí)電容器概述
        1.2.1 超級(jí)電容器的發(fā)展概述
        1.2.2 超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理
        1.2.3 超級(jí)電容器的分類(lèi)
        1.2.4 超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)
        1.2.5 超級(jí)電容器的特點(diǎn)
        1.2.6 超級(jí)電容器的應(yīng)用
    1.3 超級(jí)電容器用電極材料的選擇
        1.3.1 金屬氧化物的現(xiàn)存問(wèn)題
        1.3.2 導(dǎo)電聚合物的現(xiàn)存問(wèn)題
        1.3.3 碳材料的優(yōu)勢(shì)
    1.4 碳材料的活化和表面改性
        1.4.1 碳材料的活化
        1.4.2 碳材料的表面改性
    1.5 超級(jí)電容器用碳材料的研究現(xiàn)狀
        1.5.1 生物質(zhì)基碳材料
        1.5.2 聚合物基碳材料
        1.5.3 礦物基碳材料
        1.5.4 摻雜碳材料
    1.6 選題依據(jù)、主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)
        1.6.1 選題依據(jù)
        1.6.2 主要內(nèi)容
        1.6.3 創(chuàng)新點(diǎn)
第2章 實(shí)驗(yàn)方法和原理
    2.1 實(shí)驗(yàn)原料和藥品
    2.2 碳材料理化性質(zhì)的表征方法和原理
        2.2.1 比表面積和孔分布測(cè)試
        2.2.2 掃描電鏡
        2.2.3 熱重分析
        2.2.4 拉曼光譜
        2.2.5 元素分析
        2.2.6 紅外光譜
        2.2.7 X-射線光電子能譜
    2.3 電化學(xué)性能的表征方法和原理
        2.3.1 電極的制作和超級(jí)電容器的組裝
        2.3.2 電化學(xué)測(cè)試體系
        2.3.3 循環(huán)伏安測(cè)試
        2.3.4 恒流充放電測(cè)試
        2.3.5 交流阻抗測(cè)試
        2.3.6 拓寬電位測(cè)試
        2.3.7 計(jì)算方法
第3章 基于咖啡渣磷氧共摻雜碳材料的超電容性能研究
    3.1 引言
    3.2 基于咖啡渣含磷碳材料的制備
    3.3 碳材料的理化性質(zhì)分析
        3.3.1 孔結(jié)構(gòu)分析
        3.3.2 表面化學(xué)分析
    3.4 碳材料的電化學(xué)性能分析
        3.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試
        3.4.2 恒流充放電測(cè)試
        3.4.3 拓展電位窗口測(cè)試
        3.4.4 寬電位窗口下的儲(chǔ)能機(jī)理探討
    3.5 超大碳基電容器的研制
        3.5.1 碳基電容器電極的制備
        3.5.2 碳基電容器單元的組裝和封裝
        3.5.3 碳基電容器性能的初步測(cè)試
    3.6 本章小結(jié)
第4章 基于果核纖維素磷氧共摻雜碳材料的超電容性能研究
    4.1 引言
    4.2 碳材料的制備
    4.3 碳材料的理化性質(zhì)分析
        4.3.1 表面形貌分析
        4.3.2 拉曼光譜分析
        4.3.3 孔結(jié)構(gòu)分析
        4.3.4 紅外光譜分析
        4.3.5 光電子能譜分析
    4.4 碳材料的電化學(xué)性能分析
        4.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試
        4.4.2 恒流充放電測(cè)試
        4.4.3 交流阻抗測(cè)試
        4.4.4 循環(huán)性能測(cè)試
        4.4.5 拓展電位窗口測(cè)試
        4.4.6 不同電壓下循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試
        4.4.7 相關(guān)性分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于聚合物的磷氧氮共摻雜碳材料的超電容性能研究
    5.1 引言
    5.2 聚合物碳材料的制備
    5.3 碳材料的理化性質(zhì)分析
        5.3.1 表面形貌分析
        5.3.2 拉曼光譜分析
        5.3.3 孔結(jié)構(gòu)分析
        5.3.4 表面化學(xué)分析
        5.3.5 熱重分析
    5.4 碳材料的電化學(xué)性能分析
        5.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試
        5.4.2 恒流充放電測(cè)試
        5.4.3 交流阻抗測(cè)試
        5.4.4 拓展電位窗口測(cè)試
        5.4.5 寬電位下的循環(huán)性能測(cè)試
    5.5 本章小結(jié)
第6章 三電極預(yù)處理對(duì)碳表面官能團(tuán)和超電容性能的影響
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)部分
        6.2.1 碳材料制備及來(lái)源
        6.2.2 電化學(xué)測(cè)試過(guò)程
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 孔結(jié)構(gòu)分析
        6.3.2 三電極測(cè)試前后電化學(xué)性能變化
        6.3.3 三電極測(cè)試前后表面化學(xué)變化
        6.3.4 三電極測(cè)試對(duì)碳材料表面化學(xué)影響的機(jī)理探討
    6.4 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間已發(fā)表的學(xué)術(shù)論文



本文編號(hào)：3803008