掺杂微/介孔碳材料用于超级电容器的性能研究
发布时间：2023-04-27 05:59
超级电容器作为一种重要的新型能量存储元件以其高功率密度和能量密度填充了传统静电容器和电池之间的空白,而电极材料的性质是决定超级电容器性能的关键因素。与金属氧化物和导电聚合物相比,碳材料是研究最早、应用最广的电极材料,但是如何在保持较高功率密度的前提下提升能量密度以及降低其生产成本是目前面临的挑战。本论文主要围绕基于不同碳前躯体的富含杂原子表面官能团的碳材料的可控合成,及其用于超级电容器电极的性能等方面进行的基础性研究。实验采用简单的碳材料合成工艺,实现了对碳材料孔结构的调控和表面掺杂改性。所得材料氮气吸脱附测试、二氧化碳吸脱附测试、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱、X-ray光电子能谱(XPS)、元素分析(EA)等现代表征手段进行分析,并采用一系列电化学测试方法,包括循环伏安法、恒流充放电法、交流阻抗法、拓展电位窗口测试对各种材料所组成的超级电容器的电化学性能(简称超电容性能)进行分析研究,并将材料的物化性质与所制备的超级电容器的超电容性能进行关联性分析,得出了很多有启发意义的缝果。本论文的工作主要包括以下几个方面：第三章以磷酸为活化剂和磷源、以废弃物咖啡渣为碳前驱体通过改变磷酸的浸渍比制...
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 超级电容器概述
1.2.1 超级电容器的发展概述
1.2.2 超级电容器的储能原理
1.2.3 超级电容器的分类
1.2.4 超级电容器的结构
1.2.5 超级电容器的特点
1.2.6 超级电容器的应用
1.3 超级电容器用电极材料的选择
1.3.1 金属氧化物的现存问题
1.3.2 导电聚合物的现存问题
1.3.3 碳材料的优势
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 超级电容器用碳材料的研究现状
1.5.1 生物质基碳材料
1.5.2 聚合物基碳材料
1.5.3 矿物基碳材料
1.5.4 掺杂碳材料
1.6 选题依据、主要内容和创新点
1.6.1 选题依据
1.6.2 主要内容
1.6.3 创新点
第2章 实验方法和原理
2.1 实验原料和药品
2.2 碳材料理化性质的表征方法和原理
2.2.1 比表面积和孔分布测试
2.2.2 扫描电镜
2.2.3 热重分析
2.2.4 拉曼光谱
2.2.5 元素分析
2.2.6 红外光谱
2.2.7 X-射线光电子能谱
2.3 电化学性能的表征方法和原理
2.3.1 电极的制作和超级电容器的组装
2.3.2 电化学测试体系
2.3.3 循环伏安测试
2.3.4 恒流充放电测试
2.3.5 交流阻抗测试
2.3.6 拓宽电位测试
2.3.7 计算方法
第3章 基于咖啡渣磷氧共掺杂碳材料的超电容性能研究
3.1 引言
3.2 基于咖啡渣含磷碳材料的制备
3.3 碳材料的理化性质分析
3.3.1 孔结构分析
3.3.2 表面化学分析
3.4 碳材料的电化学性能分析
3.4.1 循环伏安测试
3.4.2 恒流充放电测试
3.4.3 拓展电位窗口测试
3.4.4 宽电位窗口下的储能机理探讨
3.5 超大碳基电容器的研制
3.5.1 碳基电容器电极的制备
3.5.2 碳基电容器单元的组装和封装
3.5.3 碳基电容器性能的初步测试
3.6 本章小结
第4章 基于果核纤维素磷氧共掺杂碳材料的超电容性能研究
4.1 引言
4.2 碳材料的制备
4.3 碳材料的理化性质分析
4.3.1 表面形貌分析
4.3.2 拉曼光谱分析
4.3.3 孔结构分析
4.3.4 红外光谱分析
4.3.5 光电子能谱分析
4.4 碳材料的电化学性能分析
4.4.1 循环伏安测试
4.4.2 恒流充放电测试
4.4.3 交流阻抗测试
4.4.4 循环性能测试
4.4.5 拓展电位窗口测试
4.4.6 不同电压下循环稳定性测试
4.4.7 相关性分析
4.5 本章小结
第5章 基于聚合物的磷氧氮共掺杂碳材料的超电容性能研究
5.1 引言
5.2 聚合物碳材料的制备
5.3 碳材料的理化性质分析
5.3.1 表面形貌分析
5.3.2 拉曼光谱分析
5.3.3 孔结构分析
5.3.4 表面化学分析
5.3.5 热重分析
5.4 碳材料的电化学性能分析
5.4.1 循环伏安测试
5.4.2 恒流充放电测试
5.4.3 交流阻抗测试
5.4.4 拓展电位窗口测试
5.4.5 宽电位下的循环性能测试
5.5 本章小结
第6章 三电极预处理对碳表面官能团和超电容性能的影响
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 碳材料制备及来源
6.2.2 电化学测试过程
6.3 结果与讨论
6.3.1 孔结构分析
6.3.2 三电极测试前后电化学性能变化
6.3.3 三电极测试前后表面化学变化
6.3.4 三电极测试对碳材料表面化学影响的机理探讨
6.4 本章小结
第7章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间已发表的学术论文
本文编号：3803008
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 超级电容器概述
1.2.1 超级电容器的发展概述
1.2.2 超级电容器的储能原理
1.2.3 超级电容器的分类
1.2.4 超级电容器的结构
1.2.5 超级电容器的特点
1.2.6 超级电容器的应用
1.3 超级电容器用电极材料的选择
1.3.1 金属氧化物的现存问题
1.3.2 导电聚合物的现存问题
1.3.3 碳材料的优势
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 超级电容器用碳材料的研究现状
1.5.1 生物质基碳材料
1.5.2 聚合物基碳材料
1.5.3 矿物基碳材料
1.5.4 掺杂碳材料
1.6 选题依据、主要内容和创新点
1.6.1 选题依据
1.6.2 主要内容
1.6.3 创新点
第2章 实验方法和原理
2.1 实验原料和药品
2.2 碳材料理化性质的表征方法和原理
2.2.1 比表面积和孔分布测试
2.2.2 扫描电镜
2.2.3 热重分析
2.2.4 拉曼光谱
2.2.5 元素分析
2.2.6 红外光谱
2.2.7 X-射线光电子能谱
2.3 电化学性能的表征方法和原理
2.3.1 电极的制作和超级电容器的组装
2.3.2 电化学测试体系
2.3.3 循环伏安测试
2.3.4 恒流充放电测试
2.3.5 交流阻抗测试
2.3.6 拓宽电位测试
2.3.7 计算方法
第3章 基于咖啡渣磷氧共掺杂碳材料的超电容性能研究
3.1 引言
3.2 基于咖啡渣含磷碳材料的制备
3.3 碳材料的理化性质分析
3.3.1 孔结构分析
3.3.2 表面化学分析
3.4 碳材料的电化学性能分析
3.4.1 循环伏安测试
3.4.2 恒流充放电测试
3.4.3 拓展电位窗口测试
3.4.4 宽电位窗口下的储能机理探讨
3.5 超大碳基电容器的研制
3.5.1 碳基电容器电极的制备
3.5.2 碳基电容器单元的组装和封装
3.5.3 碳基电容器性能的初步测试
3.6 本章小结
第4章 基于果核纤维素磷氧共掺杂碳材料的超电容性能研究
4.1 引言
4.2 碳材料的制备
4.3 碳材料的理化性质分析
4.3.1 表面形貌分析
4.3.2 拉曼光谱分析
4.3.3 孔结构分析
4.3.4 红外光谱分析
4.3.5 光电子能谱分析
4.4 碳材料的电化学性能分析
4.4.1 循环伏安测试
4.4.2 恒流充放电测试
4.4.3 交流阻抗测试
4.4.4 循环性能测试
4.4.5 拓展电位窗口测试
4.4.6 不同电压下循环稳定性测试
4.4.7 相关性分析
4.5 本章小结
第5章 基于聚合物的磷氧氮共掺杂碳材料的超电容性能研究
5.1 引言
5.2 聚合物碳材料的制备
5.3 碳材料的理化性质分析
5.3.1 表面形貌分析
5.3.2 拉曼光谱分析
5.3.3 孔结构分析
5.3.4 表面化学分析
5.3.5 热重分析
5.4 碳材料的电化学性能分析
5.4.1 循环伏安测试
5.4.2 恒流充放电测试
5.4.3 交流阻抗测试
5.4.4 拓展电位窗口测试
5.4.5 宽电位下的循环性能测试
5.5 本章小结
第6章 三电极预处理对碳表面官能团和超电容性能的影响
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 碳材料制备及来源
6.2.2 电化学测试过程
6.3 结果与讨论
6.3.1 孔结构分析
6.3.2 三电极测试前后电化学性能变化
6.3.3 三电极测试前后表面化学变化
6.3.4 三电极测试对碳材料表面化学影响的机理探讨
6.4 本章小结
第7章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间已发表的学术论文
本文编号：3803008
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