收藏本站
《华东师范大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

碳纳米管在超级电容器中的应用研究

王艳芝  
【摘要】: 随着社会经济的发展,人们对于绿色能源和生态环境越来越关注。超级电容器作为一种新型的储能器件,其生产所用的材料普遍为绿色环保,具有无可替代的优越性。美国《探索》杂志2007年1月号,将超级电容器列为2006年世界七大科技发现之一,认为超级电容器是能量储存领域的一项革命性发展,并将在某些领域取代传统蓄电池。 超级电容器又称超大容量电容器、电化学电容器或双电层电容器(英文名称为EDLC,即Electric Double Layer Capacitors),是靠极化电解液来存储电能的新型电化学装置,具有电阻很小、寿命超长、安全可靠、储能巨大、充电快速的特点。它是近十几年随着材料科学的突破而出现的新型功率型储能元件,其批量生产不过几年时间。自面市以来,全球需求量快速扩大,已成为化学电源领域内新的产业亮点。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、铁路、通信、国防、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力,被世界各国所广泛关注。 电极材料是超级电容器的重要组成部分,是影响超级电容器性能和生产成本的关键因素,因此研究开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研究工作的重要内容。常用的电极材料有多孔炭材料、金属氧化物和导电聚合物。碳纳米管具有独特的中空结构,良好的导电性,大的比表面积,适合电解质离子迁移的孔隙(孔径一般2nm),以及交互缠绕可形成纳米尺度的网络结构等优点,决定其作为电极材料可以显著提高超级电容器的功率特性和频率响应特性,因而被认为是理想的超级电容器电极材料,近年来成为研究热点。 碳纳米管作为超级电容器电极材料的研究主要分为如下几个部分:(1)碳纳米管直接用作超级电容器电极材料;(2)碳纳米管活化后用作超级电容器电极材料;(3)碳纳米管与金属氧化物复合用作超级电容器电极材料;(4)碳纳米管与导电聚合物复合用作超级电容器电极材料。 本论文主要开展了化学气相沉积制备的高度定向碳纳米管阵列用作超级电容器电极材料的研究。同时制备了碳纳米管的复合电极材料,对其电化学性能进行了研究。将碳纳米管与准电容材料(金属氧化物或导电聚合物)复合,发挥各自的优势,弥补不足,并产生协同效应,从而得到低成本、高性能的复合电极材料,是本论文的目的。 本论文分为三章: 第一章绪论 介绍了超级电容器的发展历程、工作原理、测试方法、结构特点及其应用范围等。超级电容器的电极材料包括碳电极材料,导电聚合物电极材料和金属氧化物电极材料,并详细介绍了国内外电极材料最新研究发展动态。碳纳米管作为理想的超级电容器电极材料,阐述了碳纳米管主要制备方法、结构、分类及其独特的物理化学特性,并综述了碳纳米管应用于超级电容器电极材料的概况及最新发展。 第二章基于聚硫堇法拉第电容的碳纳米管电容器研究 通过使用循环伏安(cyclic voltammetry,CV)扫描技术,把硫堇分子电聚合到不同的碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)基底上,包括多壁碳纳米管(MWCNTs和MWCNTs-COOH)和单壁碳纳米管(SWCNTs-COOH)。电聚合硫堇分别在硫堇—乙酸和硫堇—乙腈溶液中进行,通过比较可得,在硫堇—乙酸溶液中制得的聚硫堇—CNTs复合材料具有更大的电容值。实验中,通过循环伏安法,恒电流充放电和紫外可见光谱等电化学技术对所制得的聚硫堇碳纳米管复合物进行了电化学特性以及其赝电容功效表征与测试。结果表明,由于聚硫堇具有高度可逆的电化学氧化还原性质,使得复合材料兼具聚硫堇的法拉第电容和CNTs的双电层电容,显著增加了CNTs的原有电容,尤其是对于那些两端打开的碳纳米管。 第三章定向碳纳米管阵列/聚吡咯纳米复合材料的超级电容器应用研究 以直立碳纳米管为基底,以pH=6.0的0.1mol/L Na_2SO_4为底液,采用电化学沉积法在0.2mol/L Mn(CH_3COO)_2溶液中制备了直立碳纳米管与二氧化锰复合材料。SEM测试结果表明复合材料表面呈现多孔状结构。通过循环伏安,恒流充放电,交流阻抗等电化学方法对复合材料修饰电极进行电容性质测试。实验结果表明,在1mol/L KCl溶液中,0-0.6V(vs.银/氯化银参比)电位窗口内此复合材料表现出优良的超电容性能。直立碳纳米管电极的比电容为16F/g,在碳纳米管表面沉积上MnO_2修饰层后,此复合材料电极的比电容增大至330F/g,比电容量大幅提升近20倍。同时扫描200圈后,直立碳纳米管与二氧化锰复合材料的循环伏安曲线变化很小,说明其具有相当好的循环寿命和电容稳定性能。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TM53

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 邢燕;聚吡咯/杂多酸电化学电容器电极材料的制备与性能研究[D];东北师范大学;2010年
2 罗超;阵列式碳纳米管膜的CVD法制备工艺及应用研究[D];南昌大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 钟海云,李荐,戴艳阳,李庆奎;新型能源器件——超级电容器研究发展最新动态[J];电源技术;2001年05期
2 张慧妍;齐智平;;超级电容器储能单元的设计分析[J];电源技术;2006年04期
3 张治安,邓梅根,胡永达,杨邦朝;电化学电容器的特点及应用[J];电子元件与材料;2003年11期
4 张莉;宋金岩;邹积岩;;二氧化钌/活性炭复合电极材料的性能研究[J];电子元件与材料;2006年10期
5 孙晓刚,曾效舒;化学气相沉积法制备多壁碳纳米管研究[J];中国粉体技术;2002年05期
6 陈萍,王培峰,林国栋,张鸿斌,蔡启瑞;低温催化裂解烷烃法制备碳纳米管[J];高等学校化学学报;1995年11期
7 张治安,杨邦朝,邓梅根,胡永达;无定型氧化锰超级电容器电极材料[J];功能材料与器件学报;2005年01期
8 马仁志,魏秉庆,徐才录,梁吉,吴德海;应用于超级电容器的碳纳米管电极的几个特点[J];清华大学学报(自然科学版);2000年08期
9 张治安,杨邦朝,邓梅根,胡永达;超级电容器氧化锰电极材料的研究进展[J];无机材料学报;2005年03期
10 黄建华;赖琼钰;宋建梅;陈联梅;吉晓洋;;超级电容器用无定形V_2O_5电容性能研究[J];无机化学学报;2007年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周震涛,周晓斌;聚四氟乙烯在锌—空气电池中的应用[J];工程塑料应用;2001年01期
2 杨蓉;康二维;崔斌;谢钢;蒋百灵;;超级电容器聚苯胺电极材料的研究进展[J];工程塑料应用;2010年05期
3 王志锋;史秀梅;余宗宝;李国斌;;碳纳米管涂层红外发射率的研究[J];兵器材料科学与工程;2009年01期
4 曹军;洪芳军;郑平;;叉指型微电极交流电渗泵的阻抗谱分析[J];微纳电子技术;2008年09期
5 毛定文;田艳红;;掺锂聚苯胺/活性炭超级电容器电极材料的制备及电性能[J];北京化工大学学报(自然科学版);2007年06期
6 郭慧鹏;叶亚平;李丽芬;周国治;;冰晶石熔体的电导性质[J];北京科技大学学报;2008年09期
7 靳添絮;陈杰;白永强;王海杰;;基于超级电容器的混合动力装置设计与应用[J];北京理工大学学报;2009年05期
8 尹虎臣;林少伯;刘建伟;韩民晓;李文涛;;基于超级电容器储能的直流DVR装置的研发[J];大功率变流技术;2012年01期
9 庞旭;马正青;左列;曾苏民;;超级电容器金属氧化物电极材料研究进展[J];表面技术;2009年03期
10 张传喜;郑中华;;超级电容器碳材料的研究现状与发展[J];船电技术;2007年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨胜杰;路永广;张晓丽;梁峰;;C/MnO_2复合材料的电化学电容特性研究[A];经济策论(上)[C];2011年
2 薛杭燕;吴燕翔;郑辉东;;交流阻抗法表征膜液流失研究[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
3 李雷;杨春;谢晓峰;;我国储能产业发展现状、机遇与挑战[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
4 徐翔;周斌;杜艾;刘春泽;沈军;吴广明;倪星元;张志华;;微尺寸碳气凝胶的制备及其机械性能研究[A];第五届北京核学会核技术应用学术交流会论文集[C];2008年
5 夏熙;刘洪涛;;一种正在迅速发展的贮能装置——超电容器[A];电动车及新型电池学术交流会论文集[C];2003年
6 张易宁;何腾云;;超级电容器电极材料的最新研究进展[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
7 胡永达;袁洁;卢云;杨邦朝;徐蓓娜;;改性纳米氧化锰超级电容器电极材料的研究[A];中国电子学会第十四届电子元件学术年会论文集[C];2006年
8 樊金河;;一种贱金属电化学电容器的研制及特性分析[A];中国电子学会第十五届电子元件学术年会论文集[C];2008年
9 王毅;杨文胜;D.G.Evans;段雪;;Co-Al水滑石(LDH)超电容性能的调控[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
10 周建新;沈湘黔;;超级电容器电极材料研究进展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 任洪波;低密度SiO_2及其复合气凝胶的制备与特性研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 闫俊;碳/氧化锰复合材料的制备及电化学性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张启波;咪唑基离子液体在锌电沉积中的作用机理研究[D];昆明理工大学;2010年
4 蒋雪松;用于有机磷农药残留检测的免疫生物传感器的研究[D];浙江大学;2008年
5 张鼎;磁浮电源与悬浮控制系统的耦合作用研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 吴晋波;飞轮储能技术及其在电力系统控制中的应用研究[D];华中科技大学;2011年
7 王芸;电化学阻抗谱在复合材料结构和性能研究中的应用[D];华中科技大学;2011年
8 哈里德;几种锰氧化物纳米材料的合成、表征及其在颜料催化降解中的应用[D];华中科技大学;2011年
9 靳尉仁;锂离子动力电池性能及其仿真研究[D];北京有色金属研究总院;2011年
10 郎俊伟;用于超级电容器的金属氧化物及其复合电极材料的制备与性能研究[D];兰州理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄国雅;电沉积法制备ZnSe薄膜[D];长春理工大学;2010年
2 林俊;串联动力蓄电池均衡充电技术的研究[D];浙江理工大学;2010年
3 赵飞;锌酸钙制备方法和生成机制及锌枝晶的研究[D];郑州大学;2010年
4 任振伟;高压扭转工艺对生物镁锌钙合金组织及性能的影响[D];郑州大学;2010年
5 刘兰;导电高分子修饰活性炭电极的制备与电化学性能研究[D];中国海洋大学;2010年
6 贺明辉;TiO_2、SnO_2复合纳米膜的制备及光生阴极保护性能研究[D];中国海洋大学;2010年
7 邹武元;导电聚苯胺在超级电容器中的应用研究[D];中国海洋大学;2010年
8 李利民;含氮活性碳材料的制备及其电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
9 李丽华;壳聚糖/纳米无机物复合材料的制备及应用研究[D];湘潭大学;2010年
10 郑丽萍;碳化钙骨架碳的制备及其修饰在超级电容器中的应用[D];湘潭大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜招红;曾效舒;;转换阵列式碳纳米管薄膜至铝箔上的工艺[J];材料科学与工程学报;2009年01期
2 王建立,刘文华;碳基电化学电容器及其研究进展[J];电源技术;2000年01期
3 杨红生,周啸,姜翠玲,王德全;电化学电容器最新研究进展 II.氧化还原电容器[J];电子元件与材料;2003年03期
4 张治安,邓梅根,胡永达,杨邦朝;电化学电容器的特点及应用[J];电子元件与材料;2003年11期
5 王晓峰,梁吉;碳纳米管超级电容器-锂离子电池复合电源在GSM移动通讯中的应用[J];电子器件;2004年04期
6 朱长纯,刘兴辉;碳纳米管场发射显示器的研究进展[J];发光学报;2005年05期
7 万梅香;导电高分子[J];高分子通报;1999年03期
8 尹五生;聚吡咯导电材料合成方法的进展[J];功能材料;1996年02期
9 冉奋;孔令斌;罗永春;康龙;;化学氧化法合成超级电容器电极用聚吡咯及其工艺优化[J];兰州理工大学学报;2007年06期
10 张继华,冯涛,于伟东,王曦,柳湘怀;氢等离子体处理——一种有效提高碳纳米管场发射性能的方法[J];光散射学报;2003年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 徐幸梓;王必本;张兵;张力;曾丁丁;;碳纳米管在X射线管中的应用[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 陈泳;化学氧化聚合法制备聚吡咯及其应用研究[D];南京理工大学;2004年
2 郭大勃;碳纳米管的变温场发射研究[D];中国海洋大学;2007年
3 姚东;碳纳米管的定向排列及场发射性质研究[D];兰州理工大学;2008年
4 董建会;碳纳米材料制备及其场发射特性研究[D];电子科技大学;2009年
5 庞飞燕;碳纳米管的低压化学气相沉积法制备及其应用研究[D];华东师范大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘志祥,张密林,闪星,董国君;千法级超级电容器的制备[J];电源技术;2001年05期
2 闪星,张密林,董国君,景晓燕;纳米MnO_2的制备及在超大容量电容器中的应用[J];电源技术;2002年02期
3 夏熙,张春霞;掺Bi改性MnO的制备及电化学性能研究[J];电源技术;2002年03期
4 林克芝,徐艳辉,任伟,张倩,王晓琳;碳纳米管电化学储能的研究进展[J];电源技术;2002年04期
5 房振乾,刘文西,陈玉如;新型氧电极催化剂材料纳米γ型MnO_2——合成及其电化学性能[J];电源技术;2003年03期
6 张熙贵,解晶莹,王涛,马丽萍,钦佩,夏保佳;活性炭双电层电容器的研究[J];电源技术;2004年01期
7 张治安,杨邦朝,邓梅根,胡永达;电化学电容器的设计[J];电源技术;2004年05期
8 李荐,钟晖,钟海云,戴艳阳,温俊杰;超级电容器应用设计[J];电源技术;2004年06期
9 李军求,孙逢春,张承宁,李红林;纯电动大客车超级电容器参数匹配与实验[J];电源技术;2004年08期
10 夏熙,刘玲;二氧化锰在锂离子电池中的应用[J];电源技术;1997年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孟庆函,刘玲,宋怀河,凌立成;超级电容器用复合炭极板电极的电化学性能[J];电源技术;2004年07期
2 ;Maxwell高性能‘D-CELL’超级电容器,满足汽车和工业市场需求[J];电子产品世界;2006年18期
3 汪形艳,王先友,黄伟国;超级电容器电极材料研究[J];电池;2004年03期
4 张治安,杨邦朝,邓梅根,胡永达;超级电容器氧化锰电极材料的研究进展[J];无机材料学报;2005年03期
5 刘宝华;;中上:剑走超级电容[J];中国汽车界;2009年07期
6 焦其军;;发挥超级电容器和蓄电池在电动车中的作用[J];汽车与配件;2010年22期
7 谢振明;;立足国家级科技强市建设 争创绿色能源结构孵化基地——关于宁波市研发和生产超级电容器的建议[J];宁波节能;2010年03期
8 本刊编辑部;崔大山;;高能镍碳超级电容器 中国首创的电动车新电源[J];时代汽车;2011年09期
9 刘志祥,张密林,闪星,董国君;千法级超级电容器的制备[J];电源技术;2001年05期
10 王晓峰,王大志,梁吉;20伏高电压型碳纳米管超级电容器的研制[J];电子学报;2003年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王宇;雷军鹏;朱用;敬春梅;胡敏艺;闫忠强;;基片预处理及电沉积电流密度对超级电容器用二氧化锰薄膜性能影响[A];低碳经济条件下重有色金属冶金技术发展研讨会——暨重冶学委会第六届委员会成立大会论文集[C];2010年
2 魏玮;黄小彬;唐小真;;一种无定形水合二氧化锰/微多孔碳球复合物作为超级电容器电极材料[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 姜训勇;张磊;孙立伟;刘庆锁;陆翠敏;;低内阻碳纳米管超级电容器研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
4 代红蕾;田艳红;;循环伏安法合成聚苯胺膜用于超级电容器电极的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
5 王贵欣;冯永成;周固民;瞿美臻;张伯兰;于作龙;;碳纳米管在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
6 单既成;陈维英;;超级电容器与通信备用电源[A];通信电源新技术论坛——2008通信电源学术研讨会论文集[C];2008年
7 孙玥;彭乔;刘不厌;;超级电容器MnO_2微米球的制备及其电化学性质[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
8 王贵欣;袁荣忠;周固民;瞿美臻;冯永成;于作龙;;CNTs/LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2复合材料在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
9 王桂玲;杜建平;张莹;邵光杰;;Co掺杂对二氧化锰超级电容器材料表面形貌的影响[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
10 王贵欣;周固民;瞿美臻;江奇;王国平;冯永成;张伯兰;于作龙;;两种碳纳米管在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 赵文;超级电容器:正在升起的新兴行业[N];科技日报;2004年
2 本报记者 彭友 石丽晖;深圳惠程拟参与组建新能源公司[N];上海证券报;2009年
3 记者 过国忠 通讯员 陈培;我国研制出基于超级电容器的动态电压恢复器[N];科技日报;2011年
4 何永晋;我国有了“超级电容器”[N];科技日报;2000年
5 辽宁工学院 陈永真;超级电容器原理及电特性[N];中国电子报;2003年
6 昆明 兰得春;超级电容[N];电子报;2007年
7 记者 刘丽伟;森塬活性炭自主研发国内空白产品[N];朝阳日报;2010年
8 记者 金晓明;研究支持措施 推进超容产业[N];朝阳日报;2010年
9 李俊记者  王春;超级电容车到底新在哪?[N];科技日报;2006年
10 本报实习记者 薛飞;自主知识产权超级电容车“武装”公交线路[N];中国知识产权报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宋金岩;混合型超级电容器的建模与制备研究[D];大连理工大学;2010年
2 吴洪鹏;石墨烯的制备及在超级电容器中的应用[D];北京交通大学;2012年
3 孟繁慧;基于新型纳米结构超级电容器材料的研究[D];山东大学;2013年
4 孙谊;碳基超级电容器单体性能相关理论与应用技术研究[D];北京交通大学;2013年
5 王新宇;超级电容器用新型电极材料的研究[D];中南大学;2011年
6 陈立锋;碳基复合材料的设计、规模化制备及其在超级电容器中的应用[D];中国科学技术大学;2013年
7 李琛;碳基超级电容器及其电气性能研究[D];大连理工大学;2013年
8 曲群婷;高性能混合型超级电容器的研究[D];复旦大学;2010年
9 李艳华;基于超级电容器用的四氧化三钴的形貌可控制备及性能研究[D];中南大学;2011年
10 高宇;超级电容器用新型高比表面积碳材料电化学性能研究[D];吉林大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑丽萍;碳化钙骨架碳的制备及其修饰在超级电容器中的应用[D];湘潭大学;2010年
2 刘凤丹;超级电容器电极制备工艺与纳米门炭电极材料研究[D];天津大学;2010年
3 杨艳静;超级电容器用纳米二氧化锰的制备及电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
4 唐丽;超级电容器用碳质多孔材料的制备及其电化学性能[D];华东理工大学;2011年
5 李媛;超级电容器电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];沈阳理工大学;2010年
6 刘志祥;超级电容器相关技术研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
7 黄丛聪;超级电容器电极材料的制备及应用[D];山东理工大学;2010年
8 孙津清;添加不同导电剂对超级电容器性能的影响[D];天津大学;2010年
9 朱修锋;纳米MnO_2/C混合超级电容器的研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
10 王磊;多肽纤维的制备以及石墨烯基超级电容器的制备及其电化学性能研究[D];西北大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026