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《山东理工大学》 2011年
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多孔炭材料的合成及在电化学电容器中的应用

潘健  
【摘要】:论文分别阐述了聚苯胺/生物质炭系列、聚苯胺/多壁碳管系列、聚偏氟乙烯(PVDF)多孔炭系列的合成,表征以及作为超级电容器电极材料的应用研究。分别用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)、氮气等温吸附对材料的形貌、组成和结构等表征手段进行了比较系统的研究。并采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等方法对各种材料进行了比较系统的考察。论文将电极材料的物化性质及结构参数与电容性能相关联,得出了很多有意义的结果。 以富含Si和Ca的稻壳和鱼骨为原料,通过炭化后洗涤去除体相中Si和Ca的无机物,直接制备多孔炭。采用原位聚合法负载聚苯胺,使聚苯胺均匀沉积在炭的孔道内或包覆在炭表面。电化学测试表明,苯胺的聚合量对于材料的电化学性能具有非常重要的影响,苯胺的聚合量达到50wt%两种复合材料分别得到最大的比电容394.8 F/g和308.7 F/g。复合材料优异的电化学性能归功于炭材料的多孔结构和聚苯胺大的本征比电容值。 以苯胺(PANI)和多壁碳管(MWNTs)为原料,采用原位聚合法合成聚苯胺,使聚苯胺均匀包覆在碳管表面和碳管内部,得到了PANI/MWNTs复合材料。MWNTs为复合材料提供了稳定机械支撑。复合材料循环伏安曲线上存在明显氧化还原峰,这是由MWNTs管壁上聚苯胺的质子掺杂/脱掺杂引起的。复合材料大的比电容是双电层和法拉第电容共同作用的结果。 本文以聚偏氟乙烯(PVDF)为炭源,以纳米氧化硅为硬模板制备多级孔炭,并且将其用作超级电容器的电极材料。电化学测试表明,在较低的扫描速率下,所有的样品都具备良好的电容特性。在较高的扫描速率下,由PVDF直接裂解所得样品,其循环伏安曲线有一定程度的形变,这是由于该炭具有较多的微孔,在大的扫描速率下电解质离子还没来得及完全扩散到其孔道内。而由硬模板法制备的多级孔炭含有较多介孔,有利于离子的快速扩散,因而具有更好的电容特性。
【学位授予单位】:山东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O613.71

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