碳基超级电容器电极材料的制备与表征

摘要

超级电容器作为一种新兴储能设备，具有充电速度快，功率密度高，使用寿命长，工作温度范围广且绿色环保等优点，弥补了以锂电池为代表的传统化学电池和其他普通电容器在生产使用方面的不足。制约超级电容器性能优劣的最关键因素取决于超级电容电极材料性能，本文以碳纳米管，以及柚子皮和芹菜为碳源制备的活性碳为电极材料，经原位聚合后获得的碳纳米管/聚苯胺和活性碳/聚苯胺纳米复合材料，进一步碳化复合材料制备电化学性能更加优异的碳电极材料。本论文研究内容主要为：
　　（1）以碳纳米管为基底，按照碳纳米管与苯胺不同质量比原位聚合制备碳纳米管/聚苯胺纳米复合材料，对其再碳化制备电极材料。通过扫描电镜（SEM）对制备的碳纳米管/活性碳复合材料进行了形貌分析，发现表面沉积的聚苯胺经碳化变为更加细小的颗粒附着在碳纳米管表面。利用电化学工作站对制备的电极进行了电化学性能分析，发现在质量比为1:1时获得的复合材料电容量达到最大值67F/g，证明在原位聚合质量比为1:1时获得的复合材料具有最优良的电化学性能。同时，样品还表现出优异的循环稳定性，在经过2000次的充放电循环后，电容量仍可保持初始值的94％。
　　（2）以柚子皮为碳源，利用生物质碳化技术，在高温氮气保护下碳化柚子皮制备活性碳材料，采用最优质量比1:1原位聚合制备活性碳/聚苯胺纳米复合材料，经高温再碳化后获得活性碳材料，并将获得的活性碳材料制备成电极，研究其电化学性能。活性碳/聚苯胺复合材料经碳化后获得的活性碳材料比电容量可达到最大值358F/g，远大于其他样品的比电容，同时，样品经过2000次的充放电循环后，电容量仍可保持初始值的95%，具有优良的循环稳定性。
　　（3）以芹菜为碳源，制备活性碳材料，并将其制备成电极，研究其电化学性能。活性碳材料表现为双电层性能且具有高度的充放电可逆性，比电容量大幅度提升达到最大值425F/g。同时，样品经过2000次的充放电循环后，电容量仍可保持初始值的97%，具有优异的循环稳定性。表明活性碳/聚苯胺纳米复合材料经再次高温碳化后获得的活性碳材料具有更加优异的电化学性能。

目录

声明

1 绪论

1.1 超级电容器简介

1.2 碳基电极材料

1.3 生物质碳材料

1.4 本论文选题背景与主要内容

2 实验技术与表征方法

2.1实验试剂

2.2实验设备

2.3分析及测试仪器表征

2.4电极的制备及电化学性能测试

3 CNT/PANI复合材料碳化后的电化学性能表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 Y-act/PANI复合材料碳化后的电化学性能表征

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 Q-act/PANI复合材料碳化后的电化学性能表征

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

6结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文