淀粉基活性碳改性及作为超级电容器电极材料的电化学性能研究
发布时间：2021-04-10 17:22
超级电容器作为一种新型的绿色储能器件,相比于其他的电化学设备,具有功率密度高、循环寿命长、工作温度宽和绿色无污染等众多优点,填补了传统电容器和电池之间的空白。其中,电极材料的特性决定着超级电容器的电化学性能。在众多电极材料中,碳材料是研发最早,使用最广泛的电极材料,始终作为超级电容器的主流电极材料。淀粉作为一种生物质碳源,因其天然的颗粒形貌和碳素含量高这一优势,成为超级电容器碳电极材料的新型碳素来源。目前,对淀粉基碳材料的研究已经进入一个新的阶段,如何进一步提高淀粉基碳材料的比电容,成为一个亟待解决的问题。众所周知,碳电极材料的电化学性能受到多种因素影响。因此,本文在前期的研究基础之上,通过对淀粉基活性碳的改性,来达到提高碳电极材料的电化学性能。本文研究内容主要包括以下三个方面:（1）在第三章实验中,研究了过渡金属催化石墨化对碳材料的电化学性能影响。碳材料石墨化程度的提高,有助于增加材料的电子导电性,降低材料的内阻,从而增加材料的电化学性能。本章实验,以市售马铃薯淀粉为原料,通过磷酸氢二铵浸泡冷干后,进行预碳化处理,得到淀粉碳颗粒;随后,在KOH活化的过程中,通过添加不同过渡金属盐（F...
【文章来源】：广西师范大学广西壮族自治区
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1双电层电容充放电示意图
广西师范大学硕士学位论文5图1-2赝电容示充放电意图Fig.1-2Pseudo-capacitanceshowscharginganddischargingintention1.3.3导电聚合物的储能机理导电聚合物不同于过渡金属氧化物的储能方式，一般认为，电荷通过聚合物共轭链上快速可逆的p型或n型掺杂和脱掺杂的氧化还原反应进行储存[49-53]。如图1-3所示，当导电聚合物发生P型掺杂时，聚合物中的电子通过集流体流向外电路使电极带正电。为保持电中性，电极周围的阴离子迁移至聚合物骨架当中，使电荷储存在聚合物网络当中。N型掺杂的储能方式与P型掺杂相反，当导电聚合物发生N型掺杂时，电子通过外电路流入到聚合物当中使电极带负电。为保持电中性，电极周围的阳离子迁移至聚合物骨架当中，使电荷储存在聚合物网络当中。大多数导电聚合材料是P型掺杂，只有少数部分的N型掺杂。图1-3掺杂和脱掺杂示意图Fig.1-3Schematicdiagramofdopinganddedoping1.3.4混合电容器的储能机理1995年，D.A.Evans[54]等提出了将双电层电容与法拉第电容相结合，组合成混合电容器的概念。混合电容器，又称为非对称式电容器，与单一的双电层电容和单一的法拉第电容不同，混合电容器两极板之间为不同的电极材料[55]。一个电极采用碳材料，通过双电层电容的方式储存电荷，另一个电极采用金属氧化物或
广西师范大学硕士学位论文5图1-2赝电容示充放电意图Fig.1-2Pseudo-capacitanceshowscharginganddischargingintention1.3.3导电聚合物的储能机理导电聚合物不同于过渡金属氧化物的储能方式，一般认为，电荷通过聚合物共轭链上快速可逆的p型或n型掺杂和脱掺杂的氧化还原反应进行储存[49-53]。如图1-3所示，当导电聚合物发生P型掺杂时，聚合物中的电子通过集流体流向外电路使电极带正电。为保持电中性，电极周围的阴离子迁移至聚合物骨架当中，使电荷储存在聚合物网络当中。N型掺杂的储能方式与P型掺杂相反，当导电聚合物发生N型掺杂时，电子通过外电路流入到聚合物当中使电极带负电。为保持电中性，电极周围的阳离子迁移至聚合物骨架当中，使电荷储存在聚合物网络当中。大多数导电聚合材料是P型掺杂，只有少数部分的N型掺杂。图1-3掺杂和脱掺杂示意图Fig.1-3Schematicdiagramofdopinganddedoping1.3.4混合电容器的储能机理1995年，D.A.Evans[54]等提出了将双电层电容与法拉第电容相结合，组合成混合电容器的概念。混合电容器，又称为非对称式电容器，与单一的双电层电容和单一的法拉第电容不同，混合电容器两极板之间为不同的电极材料[55]。一个电极采用碳材料，通过双电层电容的方式储存电荷，另一个电极采用金属氧化物或
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯分散液改性活性炭对甲醛吸附的研究[J]. 殷卫军,张晓雨,马欢欢,宋超,陈登宇. 广州化工. 2018(01)
[2]葡萄糖水热碳化催化热处理制备石墨微球[J]. 李赛赛,王军凯,王慧芳,黄亮,张海军. 硅酸盐学报. 2017(12)
[3]超级电容器电极材料及储能机理[J]. 罗玉馨,董小凤,罗梦琪,谭亚梅,卓春蕊,杨光敏. 化工设计通讯. 2017(05)
[4]石墨烯改性超级活性炭的制备及其在双电层电容器中的应用[J]. 姜彤彤,程金杰,赵永彬. 电子元件与材料. 2017(04)
[5]氮掺杂多孔碳的制备及其电容性能[J]. 张翔,刘健,毕红. 安徽化工. 2016(06)
[6]超级电容器的应用[J]. 陈雪丹,陈硕翼,乔志军,傅冠生,阮殿波. 储能科学与技术. 2016(06)
[7]石墨烯复合超级电容器用活性炭材料的制备及性能研究[J]. 郝相龙,东红,张桂兰,孙全芹. 炭素技术. 2016(05)
[8]活性石墨烯/活性炭干法复合电极片制备及其在超级电容器中的应用[J]. 郑超,周旭峰,刘兆平,杨斌,焦旺春,傅冠生,阮殿波. 储能科学与技术. 2016(04)
[9]氮掺杂碳纳米管的制备及其应用[J]. 罗志虹,朱其峰,黄业富,宁献飞,庞培文,罗鲲. 材料导报. 2016(05)
[10]多巴胺改性聚吡咯衍生掺氮多孔碳材料的制备及其超电容性能[J]. 杨硕,徐桂银,韩金鹏,邴欢,窦辉,张校刚. 物理化学学报. 2015(04)
硕士论文
[1]石墨烯/活性炭复合材料的制备及超电容性能研究[D]. 周博通.中国矿业大学 2019
[2]以淀粉为碳源的碳微球制备及性能测试[D]. 张艳勤.天津工业大学 2016
[3]新型氮掺杂碳材料制备及其电化学性能研究[D]. 刘喜.燕山大学 2014
[4]活性炭基超级电容器的制备及应用研究[D]. 潘学松.清华大学 2012
[5]超级电容器碳复合电极材料的制备及性能研究[D]. 刘伟伟.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3130037
【文章来源】：广西师范大学广西壮族自治区
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1双电层电容充放电示意图
广西师范大学硕士学位论文5图1-2赝电容示充放电意图Fig.1-2Pseudo-capacitanceshowscharginganddischargingintention1.3.3导电聚合物的储能机理导电聚合物不同于过渡金属氧化物的储能方式，一般认为，电荷通过聚合物共轭链上快速可逆的p型或n型掺杂和脱掺杂的氧化还原反应进行储存[49-53]。如图1-3所示，当导电聚合物发生P型掺杂时，聚合物中的电子通过集流体流向外电路使电极带正电。为保持电中性，电极周围的阴离子迁移至聚合物骨架当中，使电荷储存在聚合物网络当中。N型掺杂的储能方式与P型掺杂相反，当导电聚合物发生N型掺杂时，电子通过外电路流入到聚合物当中使电极带负电。为保持电中性，电极周围的阳离子迁移至聚合物骨架当中，使电荷储存在聚合物网络当中。大多数导电聚合材料是P型掺杂，只有少数部分的N型掺杂。图1-3掺杂和脱掺杂示意图Fig.1-3Schematicdiagramofdopinganddedoping1.3.4混合电容器的储能机理1995年，D.A.Evans[54]等提出了将双电层电容与法拉第电容相结合，组合成混合电容器的概念。混合电容器，又称为非对称式电容器，与单一的双电层电容和单一的法拉第电容不同，混合电容器两极板之间为不同的电极材料[55]。一个电极采用碳材料，通过双电层电容的方式储存电荷，另一个电极采用金属氧化物或
广西师范大学硕士学位论文5图1-2赝电容示充放电意图Fig.1-2Pseudo-capacitanceshowscharginganddischargingintention1.3.3导电聚合物的储能机理导电聚合物不同于过渡金属氧化物的储能方式，一般认为，电荷通过聚合物共轭链上快速可逆的p型或n型掺杂和脱掺杂的氧化还原反应进行储存[49-53]。如图1-3所示，当导电聚合物发生P型掺杂时，聚合物中的电子通过集流体流向外电路使电极带正电。为保持电中性，电极周围的阴离子迁移至聚合物骨架当中，使电荷储存在聚合物网络当中。N型掺杂的储能方式与P型掺杂相反，当导电聚合物发生N型掺杂时，电子通过外电路流入到聚合物当中使电极带负电。为保持电中性，电极周围的阳离子迁移至聚合物骨架当中，使电荷储存在聚合物网络当中。大多数导电聚合材料是P型掺杂，只有少数部分的N型掺杂。图1-3掺杂和脱掺杂示意图Fig.1-3Schematicdiagramofdopinganddedoping1.3.4混合电容器的储能机理1995年，D.A.Evans[54]等提出了将双电层电容与法拉第电容相结合，组合成混合电容器的概念。混合电容器，又称为非对称式电容器，与单一的双电层电容和单一的法拉第电容不同，混合电容器两极板之间为不同的电极材料[55]。一个电极采用碳材料，通过双电层电容的方式储存电荷，另一个电极采用金属氧化物或
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯分散液改性活性炭对甲醛吸附的研究[J]. 殷卫军,张晓雨,马欢欢,宋超,陈登宇. 广州化工. 2018(01)
[2]葡萄糖水热碳化催化热处理制备石墨微球[J]. 李赛赛,王军凯,王慧芳,黄亮,张海军. 硅酸盐学报. 2017(12)
[3]超级电容器电极材料及储能机理[J]. 罗玉馨,董小凤,罗梦琪,谭亚梅,卓春蕊,杨光敏. 化工设计通讯. 2017(05)
[4]石墨烯改性超级活性炭的制备及其在双电层电容器中的应用[J]. 姜彤彤,程金杰,赵永彬. 电子元件与材料. 2017(04)
[5]氮掺杂多孔碳的制备及其电容性能[J]. 张翔,刘健,毕红. 安徽化工. 2016(06)
[6]超级电容器的应用[J]. 陈雪丹,陈硕翼,乔志军,傅冠生,阮殿波. 储能科学与技术. 2016(06)
[7]石墨烯复合超级电容器用活性炭材料的制备及性能研究[J]. 郝相龙,东红,张桂兰,孙全芹. 炭素技术. 2016(05)
[8]活性石墨烯/活性炭干法复合电极片制备及其在超级电容器中的应用[J]. 郑超,周旭峰,刘兆平,杨斌,焦旺春,傅冠生,阮殿波. 储能科学与技术. 2016(04)
[9]氮掺杂碳纳米管的制备及其应用[J]. 罗志虹,朱其峰,黄业富,宁献飞,庞培文,罗鲲. 材料导报. 2016(05)
[10]多巴胺改性聚吡咯衍生掺氮多孔碳材料的制备及其超电容性能[J]. 杨硕,徐桂银,韩金鹏,邴欢,窦辉,张校刚. 物理化学学报. 2015(04)
硕士论文
[1]石墨烯/活性炭复合材料的制备及超电容性能研究[D]. 周博通.中国矿业大学 2019
[2]以淀粉为碳源的碳微球制备及性能测试[D]. 张艳勤.天津工业大学 2016
[3]新型氮掺杂碳材料制备及其电化学性能研究[D]. 刘喜.燕山大学 2014
[4]活性炭基超级电容器的制备及应用研究[D]. 潘学松.清华大学 2012
[5]超级电容器碳复合电极材料的制备及性能研究[D]. 刘伟伟.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3130037
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