收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

碳基超级电容器电极材料的研究

辛国祥  
【摘要】:超级电容器又叫电化学电容器,它结合了电池高的能量密度和传统静电电容器大的功率密度等优势。按照超级电容器的工作机制分类,超级电容器可分为双电层电容器、法拉第赝电容器和混合电容器三类。其中双电层电容器是具有大的比表面积和高导电率的碳材料,法拉第赝电容是指具有比电容高、能量密度大等优势的过渡金属氧化物和导电聚合物,而混合型超级电容器是将双电层和法拉第赝电容结合产生的。将碳材料纳米化或介孔化是获得双电层电容的主要手段,碳基复合材料(包括碳基过渡金属氧化物或导电聚合物复合材料)和元素掺杂材料是两种主要的赝电容材料。在本文中,柔性石墨纸是重要的实验原料,其制备过程是阴离子插层到天然石墨的石墨层后在热处理条件下形成膨胀石墨,然后进行轧制。因此其内部的石墨烯层片之间的作用力变得微弱,在电场或高温的条件下,插层离子能够容易地插入到柔性石墨纸的石墨层中,增大其层间距离,即可导致柔性石墨纸的膨胀和石墨烯的形成。本文具体研究成果如下:1)利用电化学剥离法在硫酸溶液中处理柔性石墨纸,通过控制工艺参数,使得柔性石墨纸表面膨胀形成自支撑石墨烯,减少了石墨烯的团聚和堆垛,同时未膨胀的部分作为集流体使用。之后采用电沉积法在石墨烯表面均匀仿形地镀覆一层聚苯胺薄膜,获得石墨烯/聚苯胺复合电极材料。经电化学测试,该复合材料在10 mV·s~(-1)时的面积比电容为1.36 F·cm~(-2),质量比电容达491.3 F·g~(-1)。以扫速50 mV·s~(-1)的速率循环5000圈后,比电容保持率达86%。组装的对称型超级电容器获得的最大能量密度为46 Wh·kg~(-1)。2)利用电化学剥离法在过硫酸铵溶液中处理柔性石墨纸,使得柔性石墨纸表面膨胀形成自支撑石墨烯,之后采用微波辅助沉积法在石墨烯表面均匀仿形地沉积一层二氧化锰颗粒,获得石墨烯/氧化锰复合电极材料。经电化学测试,该复合材料在2 mV·s~(-1)时的最大面积比电容为2.8 F·cm~(-2),质量比电容达465 F·g~(-1)。将复合材料组装成非对称超级电容器,获得的最大能量密度为25.6 Wh·kg~(-1)。在1 A·g~(-1)的电流密度下经过5000次恒流充放电循环后,电容保持率在87%以上3)采用硝酸钾熔盐法对柔性石墨纸进行热处理获得不同形貌的碳纳米材料,讨论了不同温度下不同碳微观形貌的形成机理。熔盐在350、500和600oC三个温度下,分别获得了多孔石墨烯、碳纳米笼和碳纳米球三种形貌。三种碳纳米材料在2mV·s~(-1)扫速下的最大电容值分别为309、285、231 F·g~(-1)。经过5000次的循环之后,三种碳材料的电容保持率在96%以上。4)采用氧化聚合烧结法,以两性三嵌段共聚物F127为模板,通过苯胺单体的氧化聚合,在N_2气氛中800oC高温烧结并使用强碱性KOH进行活化处理,最终获得掺氮介孔碳材料。在0.2 A·g~(-1)的电流密度下,掺氮介孔碳材料的比电容为318F·g~(-1)。在不同的电流密度下,经过5000次循环之后,掺氮介孔碳的电容保持率均保持在96%以上,显示出优异的循环稳定性。组装的对称超级电容器,获得的最大能量密度为11.25 Wh·kg~(-1)。在1 A·g~(-1)的电流密度下经过5000次恒流充放电循环后,电容保持率为94.3%。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 许开卿;吴季怀;范乐庆;冷晴;钟欣;兰章;黄妙良;林建明;;水凝胶聚合物电解质超级电容器研究进展[J];材料导报;2011年15期
2 梓文;;超高能超级电容器[J];兵器材料科学与工程;2013年04期
3 ;欧盟创新型大功率超级电容器问世[J];功能材料信息;2014年01期
4 周霞芳;;无污染 充电快 春节后有望面市 周国泰院士解密“超级电容器”[J];环境与生活;2012年01期
5 江奇,瞿美臻,张伯兰,于作龙;电化学超级电容器电极材料的研究进展[J];无机材料学报;2002年04期
6 朱修锋,王君,景晓燕,张密林;超级电容器电极材料[J];化工新型材料;2002年04期
7 景茂祥,沈湘黔,沈裕军,邓春明,翟海军;超级电容器氧化物电极材料的研究进展[J];矿冶工程;2003年02期
8 朱磊,吴伯荣,陈晖,刘明义,简旭宇,李志强;超级电容器研究及其应用[J];稀有金属;2003年03期
9 贺福;碳(炭)材料与超级电容器[J];高科技纤维与应用;2005年03期
10 邓梅根,杨邦朝,胡永达;卷绕式活性炭纤维布超级电容器的研究[J];功能材料;2005年08期
11 方勤;杨邦朝;;超级电容器用中孔炭的研究[J];功能材料;2005年12期
12 林志东,刘黎明,张万荣;超级电容器氧化物电极材料研究进展[J];武汉化工学院学报;2005年02期
13 杨红生,周啸,张庆武;以多层次聚苯胺颗粒为电极活性物质的超级电容器的电化学性能[J];物理化学学报;2005年04期
14 周鹏伟;李宝华;康飞宇;曾毓群;;椰壳活性炭基超级电容器的研制与开发[J];新型炭材料;2006年02期
15 殷金玲;张宝宏;孟祥利;蒲俊红;;插入型化合物作为超级电容器电极材料[J];材料导报;2006年S2期
16 刘国阳;周安宁;;超级电容器炭基电极材料研究进展[J];炭素;2006年04期
17 巢亚军;原鲜霞;马紫峰;;复合材料在超级电容器中的应用研究进展[J];稀有金属材料与工程;2007年06期
18 怀永建;林子吉;胡学步;邓正华;索继栓;;一种软包装超级电容器及其高电压模块[J];合成化学;2007年S1期
19 谢慰;张海燕;陈易明;陈列春;;超级电容器电极材料的制备与性能研究[J];材料研究与应用;2008年04期
20 张莹;刘开宇;张伟;王洪恩;;二氧化锰超级电容器的电极电化学性质[J];化学学报;2008年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 马衍伟;张熊;余鹏;陈尧;;新型超级电容器纳米电极材料的研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
2 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
3 钟辉;曾庆聪;吴丁财;符若文;;聚苯乙烯基层次孔碳的活化及其在超级电容器中的应用[A];中国化学会第15届反应性高分子学术讨论会论文摘要预印集[C];2010年
4 赵家昌;赖春艳;戴扬;解晶莹;;扣式超级电容器组的研制[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
5 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
6 王燕;吴英鹏;黄毅;马延风;陈永胜;;单层石墨用作超级电容器的研究[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2009年
7 赵健伟;倪文彬;王登超;黄忠杰;;超级电容器电极材料的设计、制备及性质研究[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年
8 张琦;郑明森;董全峰;田昭武;;基于薄液层反应的新型超级电容器——多孔碳电极材料的影响[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年
9 马衍伟;;新型超级电容器石墨烯电极材料的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
10 刘不厌;彭乔;孙玥;;超级电容器二氧化锰电极材料的研究进展[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
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李海东;超级电容器模块化技术的研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2006年
2 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
3 陈旭丽;智能超级电容器[D];复旦大学;2014年
4 王琪;混合动力汽车复合电源捅量管理系统研究[D];江苏大学;2015年
5 王利猛;混合储能系统在含风电电网中的应用研究[D];华北电力大学;2015年
6 申来法;混合型超级电容器关键材料的设计及器件构造[D];南京航空航天大学;2014年
7 凌铮;超级电容器用二维结构导电电极的设计构筑[D];大连理工大学;2015年
8 苏小辉;基于超级电容器用的纳米二氧化锰的制备及性能研究[D];广东工业大学;2015年
9 刘云夫;石墨烯基超级电容器电极材料的制备及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
10 梁坤;NiO纳米复合结构的制备及超级电容器性能研究[D];电子科技大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邓欢欢;超级电容器电源模块电压均衡技术及结构参数设计的研究[D];华中科技大学;2008年
2 张彬;超级电容器串并联技术的研究[D];华北电力大学(北京);2010年
3 范伟;超级电容器直流电源的研制及应用[D];华北电力大学(河北);2007年
4 张宁;超级电容器电压均衡系统的研究[D];大连理工大学;2011年
5 金英华;超级电容器的性能研究与状态分析[D];大连理工大学;2013年
6 肖毓秀;印制式石墨烯基微型超级电容器的研究[D];上海师范大学;2015年
7 李陆;过渡金属氧化物电极材料的制备及电化学储能性能的研究[D];浙江大学;2015年
8 黄美玲;氧化镍电极的多孔化构筑及电化学性能[D];浙江大学;2015年
9 刘岚;α相钴氢氧化物的可控制备及其超级电容性能[D];浙江大学;2015年
10 王兰;高性能镍基超级电容器电极材料的制备研究[D];华南理工大学;2015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 国际电气电子工程师学会高级会员 于凌宇;超级电容器产业化脚步加快 市场前景广阔[N];中国电子报;2008年
3 许柏松;超级电容器专利预警分析[N];中国知识产权报;2011年
4 ;天津力神:打破超级电容器技术垄断[N];中国电子报;2011年
5 本报记者 宗宝泉 通讯员 应明阳;高能镍碳超级电容器诞生记[N];科技日报;2011年
6 山西 刘红强 编译;超级电容器在电动汽车中的应用[N];电子报;2013年
7 云南 徐军艺 编译;超级电容器的原理与功能[N];电子报;2013年
8 常丽君;美用黏土开发出高温超级电容器[N];科技日报;2013年
9 辽宁 张应建 编译;超级电容器研发的进展[N];电子报;2013年
10 贵州 周威 编译;超级电容器的分类与优缺点[N];电子报;2013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
  • 010-62982499
  • 010-62783978