连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料及其超级电容器性能研究

摘要

当今世界面临许多问题，其中温室效应和环境污染是最主要的两种。提高能源消耗中新能源的占比，降低化石能源的消耗，可以有效解决上述问题。太阳能、风能等作为新能源，其供应有着不连续的缺点，需要有高效的储能装置把它们转换成电能以便于使用。
　　电化学储能装置由于储能效率高，质量体积小而被广泛运用。锂离子电池作为一类重要的电化学储能装置，有着高的能量密度、较多的循环使用次数和较少的环境污染等优点。在其作为移动便携装置以及电动汽车的电源方面，技术十分成熟。另一类电化学储能装置是超级电容器，不仅具有电容量大、循环使用次数多、环境友好等优点，特别是可以产生锂离子电池无法提供的瞬时大电流而备受关注。为了进一步提高性能，人们不断对其开发研究，有许多新成果产生。
　　本论文主要讨论了通过改进电极制备提高超级电容器性能的方法，具体工作如下:
　　1.制备得到了具有连续多孔结构的新型碳材料。通过将生物质来源的有机物进行处理，将制得的材料用扫描电子显微镜表征微观形貌，对其组成进行(X)-射线衍射分析，还简单测试了材料的电化学性质。证明制得的材料主要成分是碳，同时具有连续多孔的独特结构。
　　2.通过简单的水热反应，制备出具有花球形貌的MnO2纳米材料和上述碳材料组成的复合电极材料。将这种连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料进行SEM、XRD表征，并将其直接制作成整体电极进行电化学性能测试。对结果进行了分析和讨论。
　　3.通过室温下的浸渍方法，制备得到了生长有枝晶形貌的MnO2纳米材料的连续多孔碳材料。对浸渍得到的连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料微观形貌使用SEM和TEM表征，对组成用XRD和EDS进行分析，把复合材料作为整体电极用三电极体系测试。对结果进行了分析和研究。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 电能储能技术

1．3 电化学储能技术

1．4 超级电容器

1．4．1 超级电容器的分类

1．4．2 超级电容器的结构及工作原理

1．4．3 超级电容器的电极分类及研究

1．4．4 生物质来源连续多孔碳材料

1．5 MnO2作为电极材料的特点及研究现状

1．6 论文选题依据与主要研究内容

第二章 连续多孔碳材料的制备与研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器和试剂

2．2．2 连续多孔碳材料(基底)的制备

2．3 实验结果和分析

2．3．1 连续多孔碳材料的物相表征

2．3．2 连续多孔碳材料的微观结构表征

2．3．3 连续多孔碳材料的电化学性质测试

2．3．4 连续多孔碳材料制备方法的原理简析

2．5 小结

第三章 水热法制备连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料电极及其超级电容器性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 水热法合成连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料

3．2．3 连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料制备整体电极

3．3 实验结果及分析

3．3．1 连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料(花球形貌)的物相表征

3．3．2 连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料(花球形貌)的微观结构表征

3．3．3 整体电极的制备及电化学性能测试

3．4 小结

第四章 浸渍法制备连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料电极及其超级电容器性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与试剂

4．2．2 浸渍法合成连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料

4．2．3 连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料制备整体电极

4．3 实验结果及分析

4．3．1 连续多孔碳骨架@MaO2纳米复合材料(枝晶形貌)的物相表征

4．3．2 连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料(枝晶形貌)的微观结构表征

4．3．3 连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料(枝晶形貌)的晶体结构表征(TEM图)

4．3．4 连续多孔碳骨架@MnO2纳米复合材料(枝晶形貌)元素组成(EDS)测试结果

4．3．5 整体电极的制备及电化学性能测试

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢