新型金属/金属氧化物修饰炭电极材料及电化学性能

摘要

电化学电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件，具有比传统电容器更高的比能量、比电池更高的比功率。电极材料是决定电化学电容器性能的主要因素，因此相关的工作一直是该领域学术界和工业界的研究热点。本文本着资源充分利用，以果壳为前驱体制备低成本、高性能的炭电极材料；采用纳米金属氧化物对炭材料修饰改性，提高炭材料电化学性能，使之同时兼备双电层电容和法拉第赝电容的性能。主要做了以下几方面的工作： 选择废弃的胡桃果壳作为前躯体，采用改进的ZnC12化学法进行活化，制备活性炭电极材料。用氮吸附法、XRD、FT-IR、SEM、TEM、TGA等现代分析仪器表征。用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学方法研究了炭基电容器的性能。同时探讨了活化剂含量、活化温度及活化时间对活性炭电极材料的电化学性能影响。结果表明，制备的活性炭表面具有含氧官能团，为一种高微孔无定形炭材料，高达271.0F/g的比电容，低至0.25mA的漏电流和0.39Ω)的等效串联电阻，较高的循环寿命，表现出优异的电化学电容行为a利用Ni(N03)2溶液浸渍、热处理方法改性修饰活性炭，制备NiO表面改性活性炭电极材料。并通过电化学测试研究改性前后炭材料的电化学电容器性能，炭表面的’NiO具有准电容效应，与活性炭原有的双电层电容构成了复合电容，改性后炭材料质量比电容可高达237.9 F/g，较改性前炭样提高了42.5％,同时面积比电容和体积比电容也有明显的提高。 采用溶胶凝胶法制备RuO2.nH2o/活性炭的复合电极材料，沉积在活性炭表面的钌氧化物通常为无定形水合物，具有质子电子混合导电性，颗粒粒径较小且分散均匀，形成准法拉第电容，使得复合电极材料的比电容高达306.7 F/g，比原活性炭的比电容增加了51.5％的幅度，且保持了活性炭电化学电容器高功率的特性。 本文利用NiO和Ruo2在活性炭表面修饰改性，通过简单可行的方法制备低成本、高性能的电化学电容器电极材料。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2电化学电容器分类和原理

1.2.1电化学电容器分类

1.2.2双电层电容器基本原理

1.2.3法拉第准电容器基本原理

1.3国内外电化学电容器研究与发展概况

1.4本论文学术构思与研究内容

1.4.1学术构思与思路

1.4.2研究内容

第2章实验方法与原理

2.1实验材料

2.1.1活性炭材料

2.1.2化学试剂与其它材料

2.2仪器设备

2.3电极制作方法和电容器装配

2.3.1电极制作

2.3.2电容器装配

2.4材料表征与性能测试分析

2.4.1自动氮吸附法

2.4.2扫描电子显微镜(SEM)

2.4.3透射电镜(TEM)

2.4.4X射线衍射分析(XRD)

2.4.5热重分析(TGA)

2.4.6傅立叶转换红外光谱(FT-IR)

2.5电化学性能测试分析

2.5.1恒流充放电测试

2.5.2循环伏安法

2.5.3交流阻抗

2.5.4漏电流测试

2.5.5寿命测试

第3章高性能炭电极材料的制备及其电化学性能研究

3.1实验部分

3.1.1活性炭材料的制备与表征

3.1.2电化学电容器的组装与性能研究

3.2结果与讨论

3.2.1活性炭材料物理化学性质

3.2.2电容器的电化学性能

3.2.3炭材料制备的影响因素研究

3.3主要结论

第4章浸渍法制备NiO-改性炭材料及其电化学性能

4.1实验部分

4.1.1改性活性炭电极的制备与表征

4.1.2电极和电化学电容器制作及性能测试

4.2结果与讨论

4.2.1改性炭材料的表征

4.2.2改性炭电极电容器电化学性能

4.2.3改性浓度对炭村料性能影响

4.3主要结论

第5章溶胶凝胶法制备RuO2-改性炭及其电化学性能

5.1实验部分

5.1.1改性活性炭电极的制各与表征

5.1.2电极和电化学电容器制作及性能测试

5.2结果与讨论

5.2.1改性炭材料物理化学性质

5.2.2改性炭电极电容器电化学性能

5.3主要结论

第6章结论与展望

6.1结论

6.2建议和展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果