秸秆基超级炭材料制备、改性及其在超级电容器中的应用

【摘要】： 文中选用秸秆原料作为炭源,利用秸秆具有天然的植物纤维结构,通过对秸秆炭化、活化等步骤制备了超级炭,并应用于超级电容器。 采用扫描电镜(SEM)观察了活性炭材料的表面形貌,利用等温氮吸脱附测定了材料的比表面积与孔结构,通过循环伏安测试(CV)、计时电势测试与交流阻抗测试(EIS),研究了材料的电容性能。分析了原料种类、炭化条件、活化方法、活化条件、控温方式对制备的活性炭结构和性能的影响。测试了电极材料在不同电解液中的电容性能,分析了电极配比、电容器组装对结果的作用。在活性炭的孔结构与电容性能研究的基础上,采用数据分析与乙腈浸润炭的热重实验相结合的方法探讨电极材料的结构与性能之间的关系。 结果表明所合成的活性炭材料表面具有蜂窝状的形貌,大的比表面积和优异的电容性能。制备过程对活性炭的性能具有重要影响,较高温度下制备的活性炭适于用作有机系超级电容器电极材料,而较低温度下制备的活性炭适于用作水系超级电容器电极材料。在水系电解液中,比电容值超过400 F/g,在有机电解液中比电容值达到251.1 F/g。 在研究了氧化镍超电容性质的基础上,进行了氧化镍等过渡金属化合物与活性炭的复合超电容材料的制备和研究。通过在活化过程中加入金属化合物从而对活性炭改性;同时,采用活性炭浸渍负载金属化合物对活性炭改性;对活性炭复合电极材料的超电容性能进行了研究。结果表明复合电极材料的使用电势范围变宽。 文中进行了充放电测试和远程监控系统的开发。基于LabVIEW图形化编程平台,使用研华PCI-1710HG多功能数据采集卡构建多通道系统。在此系统基础上构建了充放电测试和远程监控系统,进行了超级电容器充放电测试。同时通过适当的改进,将这一系统应用于溶液电导的测定、凝固点测定等实验。结果表明所构建的多通道系统界面友好,操作方便,不仅具有多通道、快速采集的优势,而且系统易于维护、便于扩充,可根据具体需要,灵活修改,同时还能实现远程监控。 【关键词】：秸秆 活性炭 超级电容器 氧化镍 复合 多通道系统
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 致谢8-18
• 第一章 绪论18-28
• 1.1 引言18
• 1.2 超级电容器简介18-21
• 1.2.1 超级电容器原理18-20
• 1.2.2 超级电容器的特点20
• 1.2.3 超级电容器的应用20-21
• 1.3 超级电容器国内外发展现状21-22
• 1.4 炭基超电容材料的发展22-25
• 1.4.1 活性炭22-24
• 1.4.2 活性炭纤维24
• 1.4.3 炭气凝胶24-25
• 1.4.4 炭纳米管25
• 1.5 其它超电容材料的近期发展25-26
• 1.5.1 金属氧化物氮化物25-26
• 1.5.2 导电聚合物26
• 1.6 论文的选题背景、研究意义及研究内容26-28
• 第二章 水系超电容活性炭的制备与性能研究28-42
• 2.1 引言28-29
• 2.2 水系超级电容器用活性炭的制备与表征29
• 2.2.1 水系超级电容器用活性炭的制备29
• 2.2.2 水系超级电容器用活性炭的表征29
• 2.2.2.1 电极制备29
• 2.2.2.2 电化学性能测试29
• 2.3 结果与讨论29-39
• 2.3.1 炭化条件的影响29-31
• 2.3.2 活化参数的影响31-33
• 2.3.3 不同电解液对比电容的影响33-36
• 2.3.4 电极配比对比电容的影响36
• 2.3.5 温度制式对比电容产生的影响36-37
• 2.3.6 炭化产物的颗粒度大小对活化结果的影响37-38
• 2.3.7 压紧度对超级电容器性能的影响38-39
• 2.4 微波法制备39-40
• 2.5 小结40-42
• 第三章 有机系用超级活性炭的制备、电容性能及机理研究42-56
• 3.1 引言42-43
• 3.2 有机系超级电容器用活性炭的制备与表征43-44
• 3.2.1 有机系超级电容器用活性炭的制备43
• 3.2.2 有机系超级电容器用活性炭的表征和电化学测试43-44
• 3.3 结果与讨论44-54
• 3.3.1 秸秆炭化过程的热重分析44
• 3.3.2 活性炭的表面形貌44-45
• 3.3.3 孔结构45-47
• 3.3.4 电容性能47-51
• 3.3.5 孔大小在形成电容中的作用51-52
• 3.3.6 AN浸润炭的热重分析和有效孔分析52-54
• 3.4 微波法制备的活性炭在有机电解液中的测试54-55
• 3.5 结论55-56
• 第四章 超电容器用氧化镍制备和性能研究56-66
• 4.1 引言56
• 4.2 实验56-58
• 4.2.1 通过前驱物氧化的方法制备氧化镍56-57
• 4.2.2 以葡萄糖为分散剂制备氧化镍57
• 4.2.3 镍化合物凝胶热解制备氧化镍57
• 4.2.4 通过水热法制备的氢氧化镍作为前驱物制备氧化镍57-58
• 4.2.5 测试58
• 4.3 结果与讨论58-64
• 4.3.1 通过前驱物镍氧化的方法制备氧化镍58-61
• 4.3.2 以葡萄糖为分散剂制备的氧化镍的电容性能61-62
• 4.3.3 镍化合物凝胶热解制备氧化镍的电容性能62
• 4.3.4 通过水热法制备的氢氧化镍作为前驱物制备氧化镍及其电容性能62-64
• 4.4 结论64-66
• 第五章 活性炭过渡金属化合物复合改性与超电容性能66-76
• 5.1 概述66
• 5.2 实验方法66-68
• 5.2.1 V_2O_5存在时秸秆炭的活化66-67
• 5.2.2 Ni(en)_3Cl_2存在时秸秆炭的活化67
• 5.2.3 复合锰氧化物的活性炭的制备67
• 5.2.4 复合铬氧化物的活性炭的制备67
• 5.2.5 复合钒化合物的活性炭的制备67
• 5.2.6 改进了的复合钒化合物的活性炭的制备67-68
• 5.2.7 氧化镍活性炭复合材料的制备68
• 5.2.8 电化学性能的表征68
• 5.3 结果与讨论68-75
• 5.3.1 V_2O_5对秸秆炭活化过程的影响68-70
• 5.3.2 Ni(en)_3Cl_2对秸秆炭活化过程的影响70-71
• 5.3.3 复合锰氧化物的活性炭和复合铬氧化物的活性炭的电容性能71-73
• 5.3.4 复合钒化合物的活性炭73-74
• 5.3.5 氧化镍活性炭复合电极材料电容性能74-75
• 5.4 小结75-76
• 第六章 多通道系统的构建及在超电容器测试中的应用76-90
• 6.1 引言76
• 6.2 虚拟仪器简介76-77
• 6.2.1 虚拟仪器及其特点76
• 6.2.2 虚拟仪器的构成76-77
• 6.3 多通道系统的构建77-78
• 6.3.1 系统框架77
• 6.3.2 硬件及软件77-78
• 6.3.3 多通道系统的主要功能78
• 6.4 基于虚拟仪器的多通道系统在超级电容器研究中的应用78-83
• 6.4.1 引言78
• 6.4.2 系统硬件78-79
• 6.4.3 软件设计及其应用79-83
• 6.5 多通道系统在其它实验中的应用83-88
• 6.5.1 虚拟仪器在电导测定中的应用83-85
• 6.5.1.1 引言83-84
• 6.5.1.2 系统硬件84
• 6.5.1.3 软件设计84-85
• 6.5.2 基于虚拟仪器的测定物质摩尔质量实验的改进85-87
• 6.5.2.1 引言85
• 6.5.2.2 实验测量系统的构成85-86
• 6.5.2.3 系统功能的实现86-87
• 6.5.3 利用DataSocket构建在线电池充放电测试87-88
• 6.6 本章小结88-90
• 参考文献90-105
• 攻读硕士学位期间发表及待发表的论文、专利和获奖情况105-106

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