分级结构多孔碳及其衍生物的超级电容性能研究-应用化学专业论文.docxVIP

万 万方数据 III浙江现 了人学硕|于f 位论文 千千墨 丰日氧化[v)t l内剥禹及其i[)é 催化中的j、ì，UIJ I I I 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 浙江理工大学 有权保留并向国家有关 部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅 。 本人授权浙江理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存、汇编学位论文 。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权书〉 学位论文作者签名 : 五盖在 签字日期 : 20!b 年 3 月 7 日 导师签名 :矿总斗 签字日期:具 o (b 年 3 月 7 日 浙江理工 浙江理工大学硕士学位论文 分级结构多孔碳及其衍生物的超级电容性能研究 摘 要 超级电容器作为一种新型高效的能量储存和转化装置，拥有能量密度/功率密度高， 充放电速度快，循环寿命长等诸多优点，被广泛地应用于电动汽车，内存备份系统，小型 电子产品和能源管理系统等众多领域。根据储能机理的不同，超级电容器可分成两大类： 双电层电容器和赝电容器。双电层电容器通过在电极和电解液相接触的界面上形成双电层 来储存能量，他具有良好的导电性和出色的循环性能。赝电容器借助法拉第氧化还原反应 储存能量，具有异常高的比电容值，然而循环稳定性相对较差。常见的双电层电容器电极 材料主要由各类多孔碳材料组成，其方便易得，质轻，化学稳定性好和环保等多种优点使 之得到了广泛的应用。商业化的活性炭具有大的比表面积，但由于孔径以微孔为主，导致 电解液离子无法顺利地通过，大量内表面上的活性位点得不到利用，严重限制了其电容性 能。介孔具有适宜的孔径和相对较高的比表面积。大孔结构有利于离子的扩散，然而低的 比表面积又成为其一大软肋。因此设计合成具有高的比表面积，优越多孔性的分级结构多 孔碳电极材料正成为研究的热点。本论文以分级结构多孔碳材料为研究对象，采用不同的 方法制备了一系列具有高比表面积，均一孔径分布和高的孔容的分级结构多孔碳及其衍生 物材料。同时，运用 SEM、TEM、N2 吸附-脱附等手段对分级结构多孔碳材料的性质结构 进行了表征，并借助电化学工作站研究了其超级电容性能。具体的研究内容如下： 1、以葡萄糖为碳源通过水热法制得葡萄糖碳球，再借助 ZnCl2 活化处理得到拥有发达 孔结构的多孔碳球。以上述多孔碳球为模板，填充进 Ni(NO3)2，经高温煅烧除模板后得到 拥有高比表面积和优越孔隙的多孔 NiO 电极材料，并研究了其超级电容性能。 2、以酚醛树脂球为碳源，ZnCl2 为活化剂经过一步高温碳化/活化处理，制备得到具 有高比表面积、均一介孔孔径和较大孔容的介孔活性碳纳米球，并研究了其质量比电容， 倍率性能和循环稳定性等电化学性能。 3、以葡萄糖为碳源，三聚氰胺为氮源和发泡剂，经高温吹制得到微米级别的片状碳 材料，再采用 KOH 活化进行造孔，最后得到具有分级的微孔/介孔结构，高比表面积、孔 容的氮元素掺杂的碳纳米片材料，并分别考察了其在三电极体系和两电极体系的电化学性 质。 关键词：超级电容器，碳材料，分级结构，ZnCl2 活化，氮掺杂碳材料 I Abstract As a new type of high-efficient energy storage/conversion devices, supercapacitors possess a variety of advantages including high power/energy density, fast charging-discharging ability and long cycling life, which endow them extensive applications in the fields of electric vehicles, memory back-up systems, small electronic products and energy managements. In terms of the difference of energy-storage mechanism, supercapacitors can be divided into electric double-layer capacitors (EDLCs) and pesudocapacitors. EDLCs store charge in the interfacial double-layer between electrode and electrolyte and they have excellent electric conductivity as well as