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分级多孔碳及其复合物结构调控与电化学性能

夏玉明  
【摘要】:超级电容器作为新一代的储能装置,由于其比普通电容器的比能量更高,比二次电池的比功率更高、循环寿命更长、更耐温而且免维修等优点,受到了广泛的关注。电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。超级电容器的电极材料主要有:高比表面积的碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物,其中碳材料由于价格低廉、电化学稳定性好、比表面积和孔容量大等优点已成为超级电容器的首选电极材料。常用的碳材料由于各自的一些缺点导致电化学性能没有达到预期的要求。通过对分级多孔碳及其复合结构的调控来获得高储能密度超级电容器的电极材料仍然是目前研究的重点。本论文的主要工作包括: 利用二氧化硅球作为硬模板,F127作为软模板,酚醛树脂作为碳源制备了分级多孔碳(HPC)。通过改变二氧化硅球的粒径大小(240-420nm),制备了孔径不同的分级多孔碳。制备的分级多孔碳具有高的比表面积(-900m2 g-1)和大的孔容量(-1.2 cm3 g-1)。利用循环伏安、充放电、交流阻抗研究了硅模板孔径对分级多孔碳电化学性能的影响。结果表明,HPC-242具有最小的孔径和最高的比容量(0.1A g-1时可高达165F g-1)。 利用空心介孔硅球(HMSi)作为模板、酚醛树脂乙醇溶液(20wt%)作为碳源制备了分级多孔碳(HPCs).通过改变实验条件实现对分级多孔碳的形貌、粒径、壁厚的调控。利用循环伏安、充放电、交流阻抗等方法考察了碳源量对制备的分级多孔碳的电化学性能的影响。结果发现,HPCs-0.5(加入的碳源量是0.5g)在1M H2SO4电解液中,0.1Ag-1时的比容量可高达256F g-1。 利用无模板法制备了分级多孔碳/聚苯胺纳米线的复合材料。采用空心介孔硅/碳复合物作为基体,在其表面通过化学氧化聚合的方法自组装聚苯胺纳米线阵列,形成海胆状结构的分级多孔碳/聚苯胺纳米线复合物。电化学测试表明,该复合物在0.1Ag-1时其比容量可高达452Fg-1。此外,还对海胆结构的分级多孔碳/聚苯胺的形成机理进行了探讨。


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