摘要：超级电容器是具有高功率密度的二次储能器件，但相对于锂离子电池，其较低的能量密度成为制约其进一步运用的瓶颈，而电极材料是提升其能量密度的关键之一。本论文通过调节活性炭的微观结构和孔分布来提升其比电容，深入探讨了二氧化锰的电荷存储机理并进行定量计算，通过静电吸附原理制备出性能较好的石墨烯/MnO_2复合材料。本论文采取中间相沥青作为活性炭前驱体，制备出具有分布的层次孔活性炭。通过浅析预炭化对活性炭微观结构及电化学性能的影响，发现预炭化历程可以转变活性炭的微观结构，有利于微孔比较电容的贡献。通过转变预炭化温度，可以转变活性炭微晶的尺寸和排列，实现对1.5~2.5nm之间孔分布的调节；在1M Et_4NBF_4/PC有机系统中浅析孔结构与电化学性能之间的联系，发现活性炭在1.75~1.85nm的孔分布，既有利于电解液离子在孔结构中自由、快速地传输，又有利于孔结构充分地进行电荷存储。同时深入浅析Shi提出的微孔、中孔与比电容联系的经验公式，进一步扩充了公式内涵。为提升多孔炭的导电性，本论文采取新的策略，制备出具有一定石墨化度的多孔炭(PGCs)。将化学活化和催化石墨化结合在一起，制备出石墨化度可调的多孔炭材料，导电性得到了显著提升。通过转变热处理温度和反应物配比，可以调节多孔炭的石墨化度和比表面积。二氧化锰作为一种氧化物电极材料，目前有表面化学吸附(SCM)、隧道嵌入(T)两种电荷存储机制。本论文将Ba~(2+)、K~+以离子交换方式预先填充到MnO_2的隧道中，阻止电解液离子以T的方式存储电荷，只可能以SCM方式存储。通过电化学浅析得出，化学共沉淀法制备的α-MnO_2的存储方式是两种机制共存、T为主，并定量计算出这两种机制存储电荷的比例。本论文提出以材料表面电荷异性吸附的方式制备复合材料的实验案例，通过反胶束法制备表面带正电的纳米二氧化锰颗粒，与表面带负电的石墨烯形成复合材料，比容量在0.1M Na_2SO_4溶液中达206F g~(-1)，分别高于MnO_2、石墨烯各自容量的40%、67%。关键词：活性炭论文二氧化锰论文石墨烯/MnO_2复合材料论文微观结构论文电荷存储机理论文
本论文由www.808so.com摘要4-5
Abstract5-11
第1章 选题背景及文献综述11-27
1.1 探讨背景及作用11-12
1.2 超级电容器概述12-16
1.2.1 超级电容器的进展历史12-13
1.2.2 超级电容器的分类13
1.2.3 双电层电容器13-15
1.2.4 赝电容电容器15-16
1.3 超级电容器的电极材料16-24
1.3.1 炭电极材料16-21
1.3.2 氧化物电极材料21-23
1.3.3 导电聚合物电极材料23-24
1.4 超级电容器电极材料的探讨近况24-26
1.5 论文的提出和内容26-27
第2章 探讨策略27-35
2.1 材料表征27-30
2.1.1 扫描电子显微镜27
2.1.2 透射电子显微镜27
2.1.3 X射线衍射仪27-28
2.1.4 拉曼光谱浅析仪28
2.1.5 氮吸附测试28-29
2.1.6 Zeta电位测试29-30
2.2 电极的制备及测试30-31
2.2.1 扣式器件电极的制备及组装30-31
2.2.2 三电极测试系统31
2.3 电化学浅析31-35
2.3.1 循环伏安法32-33
2.3.2 恒电流充放电33-35
第3章 中间相沥青基活性炭的制备及其孔结构的调节35-53
3.1 引言35-36
3.2 活性炭前驱体的选择36-37
3.3 中间相沥青基活性炭的制备工艺37-39
3.3.1 预炭化工艺37
3.3.2 活化工艺37-39
3.4 炭化、活化工艺对活性炭微观结构的影响39-44
3.4.1 微观形貌浅析39-40
3.4.2 XRD浅析40-41
3.4.3 直接活化的活性炭孔结构浅析41-42
3.4.4 预炭化对活性炭孔结构的调节42-44
3.5 电化学浅析44-51
3.5.1 微观结构对活性炭电化学的影响45-47
3.5.2 比电容与孔结构的联系47-51
3.5.3 循环寿命测试51
3.6 本章小结51-53
第4章 一种具有可调石墨化度多孔炭的制备策略53-64
4.1 引言53
4.2 实验策略53-55
4.3 微观形貌55-56
4.4 石墨化度的表征56-58
4.4.1 XRD浅析56-57
4.4.2 拉曼光谱浅析57-58
4.5 比表面及孔结构浅析58-61
4.6 导电性测试61-63
4.7 本章小结63-64
第5章 通过Ba~(2+)、K~+的隧道嵌入对α型二氧化锰64-83
5.1 引言64-65
5.2 实验案例的原理浅析及设计65-67
5.2.1 实验原理浅析65-66
5.2.2 实验案例设计66-67
5.3 微观结构表征67-72
5.3.1 XRD表征67-69
5.3.2 微观结构表征69-70
5.3.3 比表面积与孔结构浅析70-72
5.4 电化学浅析72-81
5.4.1 T和SCM的共存性浅析72-77
5.4.2 co-MnO_2各种电荷存储机理的定量计算77-81
5.5 小结81-83
第6章 石墨烯/二氧化锰复合材料的制备83-103
6.1 引言83-84
6.2 原理性浅析及实验设计84-87
6.2.1 原理性浅析84-86
6.2.2 实验设计86-87
6.3 反胶束法制备表面为正电的纳米二氧化锰颗粒87-91
6.4 石墨烯的制备与表征91-93
6.5 改性的二氧化锰和石墨烯的原位复合93-94
6.6 电化学浅析94-98
6.6.1 石墨烯94-96
6.6.2 CTAB-MnO_296
6.6.3 石墨烯/二氧化锰96-98
6.7 石墨烯/二氧化锰的多层膜（LBL）复合98-102
6.7.1 石墨烯/二氧化锰多层膜的制备与表征99-101
6.7.2 石墨烯/二氧化锰多层膜的电化学特性101-102
6.8 小结102-103
第7章 结论103-105
参考文献105-115
致谢115-116
个人简历、在学期间发表的学术论文与探讨成果116-117
谈谈电荷高能量密度超级电容器电极材料
更新时间：2024-02-15
作者：用户投稿
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