聚酰亚胺/磷腈前驱体多元素掺杂碳材料的制备及电化学性能研究
发布时间：2023-06-02 23:25
如今,由于全球城市化进程的迅速发展,能源供应已经无法满足日益增长的需求。能量存储和转换技术是解决能源危机、环境危机的关键所在。在各种储能设备中(锂离子电池、燃料电池和超级电容器),超级电容器以其特有的优势:超高的充放电速率、超长的周期寿命和循环稳定性等,在实际应用中具有很大的潜力。虽然超级电容器已经取得了一些成果,但是他们的能量密度仍不如液流电池(20～80 W h kg-1)和传统电池(80～200 Wh kg-1)。因此,提高能源密度、保持电力密度和循环稳定性是超级电容器的主要问题。采用具有表面氧化还原反应能力的电极材料,可以使能量密度显着增加(10倍或更高)而功率密度和循环性能基本不受影响。其中,将杂元素(如氮、硼、硫、氟、磷等)引入碳骨架是现如今研究的重要方向;而且多元素掺杂,如N与O或P元素还可以产生电化学协同作用。本论文以合成的含N元素聚酰亚胺及含P、N、0元素的磷腈材料为前驱体,碳化制备多元素掺杂的碳材料。同时运用XRD、Raman、SEM、XPS、N2吸附-脱附等测试方法对材料的结构及表面化学进行了分析,并通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)、电极交流阻抗等技术...
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 引言
1.2 超级电容器的概述
1.2.1 超级电容器的特点
1.2.2 超级电容器的应用
1.3 超级电容器的工作原理
1.3.1 双电层电容器的工作原理
1.3.2 法拉第赝电容器的工作原理
1.4 杂元素掺杂碳材料的简介
1.4.1 氧掺杂碳材料
1.4.2 氮掺杂碳材料
1.4.3 氟掺杂碳材料
1.4.4 磷掺杂碳材料
1.4.5 杂元素掺杂碳材料的制备
1.5 论文的研究内容
2 实验部分
2.1 实验试剂及仪器
2.2 实验部分
2.2.1 前驱体体系的制备
2.2.1.1 聚酰胺酸(PAA)的合成
2.2.1.2 苯氧基聚磷腈的合成
2.2.1.3 前驱体共混体系的制备
2.2.2 碳材料的制备
2.2.2.1 PI/PZ基碳材料的制备
2.2.2.2 PI/CP基碳材料的制备
2.2.3 碳化实验过程
2.2.4 活化实验过程
2.3 材料结构与形貌表征
2.3.1 X射线衍射仪(XRD)测试
2.3.2 拉曼(Raman)测试
2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDX)测试
2.3.4 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)测试
2.3.5 X射线光电子能谱仪(XPS)测试
2.3.6 氮气物理吸脱附测试
2.4 电化学性能测试
2.4.1 碳材料电极的制备
2.4.2 碳材料电化学性能测试
2.4.2.1 三电极测试方法
2.4.2.2 二电极测试方法
3 聚酰亚胺/聚磷腈比例对制备的碳材料结构与电化学性能的影响研究
3.1 前言
3.2 材料结构分析
3.2.1 样品形貌分析
3.2.2 材料结构分析
3.3 电化学性能表征
3.3.1 三电极性能分析
3.3.2 二电极性能分析
3.4 本章小结
4 碳化温度及活化比例对聚酰亚胺/聚磷腈基碳材料的结构及电化学性能的影响研究
4.1 前言
4.2 材料结构分析
4.2.1 碳化温度对碳材料结构的影响
4.2.2 活化比例对碳材料结构的影响
4.3 电化学性能分析
4.3.1 碳化温度对PI/PZ=1:0.3基碳材料电化学性能的影响
4.3.2 活化比例对PI/PZ电化学性能的影响
4.4 本章小结
5 聚酰亚胺/环磷腈比例对碳材料结构与电化学性能的影响研究
5.1 前言
5.2 材料结构分析
5.2.1 XRD和Raman分析
5.2.2 等温吸附表征
5.3 电化学性能分析
5.4 本章小结
6 结论
参考文献
致谢
研究成果
导师和作者简介
附录
本文编号：3828223
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学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 引言
1.2 超级电容器的概述
1.2.1 超级电容器的特点
1.2.2 超级电容器的应用
1.3 超级电容器的工作原理
1.3.1 双电层电容器的工作原理
1.3.2 法拉第赝电容器的工作原理
1.4 杂元素掺杂碳材料的简介
1.4.1 氧掺杂碳材料
1.4.2 氮掺杂碳材料
1.4.3 氟掺杂碳材料
1.4.4 磷掺杂碳材料
1.4.5 杂元素掺杂碳材料的制备
1.5 论文的研究内容
2 实验部分
2.1 实验试剂及仪器
2.2 实验部分
2.2.1 前驱体体系的制备
2.2.1.1 聚酰胺酸(PAA)的合成
2.2.1.2 苯氧基聚磷腈的合成
2.2.1.3 前驱体共混体系的制备
2.2.2 碳材料的制备
2.2.2.1 PI/PZ基碳材料的制备
2.2.2.2 PI/CP基碳材料的制备
2.2.3 碳化实验过程
2.2.4 活化实验过程
2.3 材料结构与形貌表征
2.3.1 X射线衍射仪(XRD)测试
2.3.2 拉曼(Raman)测试
2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDX)测试
2.3.4 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)测试
2.3.5 X射线光电子能谱仪(XPS)测试
2.3.6 氮气物理吸脱附测试
2.4 电化学性能测试
2.4.1 碳材料电极的制备
2.4.2 碳材料电化学性能测试
2.4.2.1 三电极测试方法
2.4.2.2 二电极测试方法
3 聚酰亚胺/聚磷腈比例对制备的碳材料结构与电化学性能的影响研究
3.1 前言
3.2 材料结构分析
3.2.1 样品形貌分析
3.2.2 材料结构分析
3.3 电化学性能表征
3.3.1 三电极性能分析
3.3.2 二电极性能分析
3.4 本章小结
4 碳化温度及活化比例对聚酰亚胺/聚磷腈基碳材料的结构及电化学性能的影响研究
4.1 前言
4.2 材料结构分析
4.2.1 碳化温度对碳材料结构的影响
4.2.2 活化比例对碳材料结构的影响
4.3 电化学性能分析
4.3.1 碳化温度对PI/PZ=1:0.3基碳材料电化学性能的影响
4.3.2 活化比例对PI/PZ电化学性能的影响
4.4 本章小结
5 聚酰亚胺/环磷腈比例对碳材料结构与电化学性能的影响研究
5.1 前言
5.2 材料结构分析
5.2.1 XRD和Raman分析
5.2.2 等温吸附表征
5.3 电化学性能分析
5.4 本章小结
6 结论
参考文献
致谢
研究成果
导师和作者简介
附录
本文编号：3828223
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