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《碳膠囊基復(fù)合材料超級電容器性能研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、電子科技大學(xué)UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA碩士學(xué)位論文MASTERTHESIS論文題目碳膠囊基復(fù)合材料超級電容器性能研究學(xué)科專業(yè)電氣工程學(xué)號201521170204作者姓名劉詩瑜指導(dǎo)教師簡賢副研究員分類號密級注1UDC學(xué)位論文碳膠囊基復(fù)合材料超級電容器性能研究（題名和副題名）劉詩瑜（作者姓名）指導(dǎo)教師簡賢副研究員電子科技大學(xué)成都（姓名、職稱、單位名稱）申請學(xué)位級別碩士學(xué)科專業(yè)電氣工程提交論文日期2018年5月9日論文答辯日期2018年5
2、月22日學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)2018年06月答辯委員會主席評閱人注1：注明《國際十進(jìn)分類法UDC》的類號PerformanceofCarbonCapsule-basedCompoundMaterialforSupercapacitorAMaterDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:ElectricalEngineeringAuthor:ShiyuLiuSupervi
3、sor:AssociateProf.JianxianSchool:SchoolofMaterialsandEnergy摘要摘要超級電容器(Supercapacitors)，由于其較高的理論比電容和高功率密度、良好的循環(huán)性能、快速的充放電和低污染等優(yōu)點(diǎn)，受到了學(xué)者們的高度關(guān)注。超級電容器由電解液、電極材料、集流體和隔膜組成。其中電解液和工作電極材料是影響電容器電化學(xué)性能的重要因素。如何優(yōu)化電極材料的組成和結(jié)構(gòu)成為超級電容器發(fā)展的關(guān)鍵?，F(xiàn)在超級電容器的電極材料主要由三類構(gòu)成：碳基材料、過渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚
4、合物材料。然而這些電極材料都各有優(yōu)缺點(diǎn)：碳基材料具有良好的導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性、制備工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是其比容量低；過渡金屬氧化物材料的比容量高于碳材料，但通常電阻大成本較高且循環(huán)性能較差；導(dǎo)電聚合物材料具有良好的電子傳導(dǎo)性和較高的理論比電容，但是導(dǎo)電聚合物電極材料在充放電過程中容易發(fā)生體積的改變，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌，循環(huán)穩(wěn)定性差。因此，單一的電極材料已滿足不了電化學(xué)性能的需求。研究人員將合成復(fù)合結(jié)構(gòu)材料作為研究重點(diǎn)，并希望通過復(fù)合材料中各材料之間的協(xié)同效應(yīng)，提升其電化學(xué)性能。碳膠囊一方面具備普通碳材料
5、的優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，另一方面具有較高的比表面積和較多的活性位點(diǎn)。在大量金屬氧化物儲能材料中，二氧化錳具有高比容量，環(huán)境友好，成本低等特點(diǎn)。而尖晶石錳酸鋰的制備成本低、合成方法簡單，易于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化且對環(huán)境的污染小。因此，二氧化錳和錳酸鋰均為超級電容器電極材料的理想材料之一。本文分別利用碳膠囊與二氧化錳、尖晶石錳酸鋰的復(fù)合制備了MnO2@GCs@MnO2三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和LiMn2O4@GCs復(fù)合材料，并應(yīng)用于超級電容器電極材料。本文圍繞以下三個(gè)方面展開工作：1.利用ZnO納米晶為催化劑和模板，乙
6、炔為碳源，通過催化化學(xué)氣相沉積法(CatalyticChemicalVaporDeposition,CCVD)制備碳膠囊(Carboncapsules,CCs)。當(dāng)包覆的碳層少于10層時(shí)，即為類石墨膠囊(Graphikecapsules,GCs)。對碳膠囊的電化學(xué)性能研究結(jié)果如下：碳膠囊在硫酸鈉電解液中，1A/g電流密度下比電容值約為9F/g。純碳膠囊展現(xiàn)出了良好的導(dǎo)電性。2.利用碳膠囊為前驅(qū)體，通過微波化學(xué)反應(yīng)法合成一種MnO2@GCs@MnO2三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。在MnO2@GCs@MnO2三明治結(jié)
7、構(gòu)復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，通過改變反應(yīng)物高錳酸鉀和碳膠囊的摩爾比例合成三種C和MnO2比例不同的MnO2@GCs@MnO2三明治結(jié)構(gòu)材復(fù)合材料，并研究了三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的電化I摘要學(xué)性能。其電化學(xué)性能研究結(jié)果如下：反應(yīng)物高錳酸鉀和碳膠囊的摩爾比例為1:1時(shí)合成的三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的電化學(xué)性能最佳。該復(fù)合材料在中性電解液中0.2A/g的電流密度下比電容達(dá)到308F/g，在堿性溶液中0.5A/g的電流密度下比電容達(dá)到390F/g。且三明治結(jié)構(gòu)的電子傳導(dǎo)性優(yōu)于商業(yè)二氧化錳，比純碳膠囊要差。3.利用反應(yīng)物MnSO4
8、、(NH4)2S2O8和(NH4)2SO4通過水熱法合成二氧化錳納米棒。接著以二氧化錳納米棒為前驅(qū)體作為錳源，氫氧化鋰作為鋰源，通過高溫固相合成法制備短棒狀尖晶石錳酸鋰。最后以乙炔為碳源，用CCVD法在短棒狀LiMn2O4表面沉積碳層，合成LiMn2O4@GCs復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，并對該材料電化學(xué)性能進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：LiMn2O4@GCs復(fù)合材料電子傳導(dǎo)性優(yōu)于純LiMn2O4，且相同測試條件下，LiMn2O4@GCs復(fù)合材料的比電容值更高
