聚苯胺基含氮碳超级电容器电极材料

论文摘要

采用溶液聚合法合成聚苯胺,并将其裂解活化制备含氮碳材料（ANC）,应用于超级电容器电极材料,考察裂解条件、活化条件和活化方法等对含氮碳材料比电容的影响。通过原位聚合法和机械混合法制备不同复合比例的含氮碳／碳气凝胶复合材料（ANC/ACA）。采用SEM、氮气吸附脱附、元素分析等方法对材料进行表征,采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等方法研究了材料的电化学性能。实验结果表明：聚苯胺的最佳裂解条件为250℃稳定4h后在650℃裂解2h。与C02物理活化和KOH-CO2联合活化相比,KOH化学活化的效果较好,ANC经过KOH活化后,孔隙增多,比表面积变大,比电容值提高。同时,ANC中的氮原子可以与电解质离子相互作用而产生赝电容,有助于材料比电容值的提高。采用最佳裂解条件制备的含氮碳材料（y-ANC）和含氮碳／碳气凝胶复合材料（y-ANC/ACA）与ANC、ANC/ACA相比,材料中保留了较多的氮元素,性能得到了进一步的提高；原位聚合法和机械混合法制备的y-ANC/ACA与y-ANC相比,由于高导电性的碳气凝胶的引入而表现出更高的比电容值。以ANC/ACA作为负极,Ni（OH）2作为正极组装成非对称型超级电容器既有双电层电容特性又有法拉第电容特性,其比电容值明显优于对称型超级电容器,制备的ANC/ACA是适宜的非对称型超级电容器用负极材料。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 超级电容器简介
• 1.1.1 超级电容器的特点与分类
• 1.1.2 超级电容器原理
• 1.1.3 超级电容器的产业状况与应用前景
• 1.2 超级电容器电极材料的研究进展
• 1.2.1 碳基电极材料
• 1.2.2 金属氧化物电极材料
• 1.2.3 导电聚合物电极材料
• 1.2.4 含氮碳电极材料
• 1.3 课题研究背景及意义
• 1.4 本论文主要工作
• 1.5 课题来源
• 第2章 实验部分
• 2.1 主要试验材料及仪器设备
• 2.1.1 主要试验材料
• 2.1.2 主要仪器设备
• 2.2 聚苯胺基含氮碳材料的制备与活化
• 2.2.1 聚苯胺的合成
• 2.2.2 聚苯胺基含氮碳材料的制备
• 2.2.3 聚苯胺基含氮碳材料的活化
• 2.3 聚苯胺基含氮碳/碳气凝胶复合材料的制备与活化
• 2.3.1 碳气凝胶的制备
• 2.3.2 原位聚合法制备聚苯胺基含氮碳/碳气凝胶复合材料
• 2.3.3 机械混合法制备聚苯胺基含氮碳/碳气凝胶复合材料
• 2.4 电极片的制备和单体超级电容器的组装
• 2.4.1 集流体的制备
• 2.4.2 电极片的制备
• 2.4.3 单体超级电容器的组装
• 2.5 性能测试
• 2.5.1 扫描电镜测试
• 2.5.2 元素分析测试
• 2.5.3 比表面积及孔结构测试
• 2.5.4 循环伏安性能测试
• 2.5.5 恒流充放电性能测试
• 2.5.6 交流阻抗测试
• 2.5.7 循环寿命测试
• 第3章 聚苯胺基含氮碳材料测试结果与讨论
• 3.1 活性物质载量对含氮碳材料电化学性能的影响
• 3.2 裂解条件对含氮碳材料电化学性能的影响
• 3.3 活化方法对含氮碳材料电化学性能的影响
• 3.3.1 化学活化
• 3.3.2 物理活化
• 3.3.3 物理—化学联合活化
• 3.3.4 三种活化方法的比较
• 3.4 含氮碳材料扫描电镜分析
• 3.5 含氮碳材料元素分析测试结果
• 3.6 含氮碳材料循环寿命性能分析
• 3.7 含氮碳材料交流阻抗性能分析
• 第4章 聚苯胺基含氮碳/碳气凝胶复合材料测试结果与讨论
• 4.1 原位聚合法制备含氮碳/碳气凝胶复合材料的测试结果
• 4.1.1 循环伏安性能分析
• 4.1.2 恒流充放电性能分析
• 4.1.3 循环寿命性能分析
• 4.1.4 交流阻抗性能分析
• 4.2 机械混合法制备含氮碳/碳气凝胶复合材料的测试结果
• 4.2.1 循环伏安性能分析
• 4.2.2 恒流充放电性能分析
• 4.2.3 循环寿命性能分析
• 4.2.4 交流阻抗性能分析
• 2组装的非对称型超级电容器的测试结果'>4.2.5 复合材料与Ni（OH）₂组装的非对称型超级电容器的测试结果
• 4.3 优化的裂解条件下制备的含氮碳/碳气凝胶复合材料的测试结果
• 4.3.1 扫描电镜分析
• 4.3.2 元素分析测试结果
• 4.3.3 比表面积和孔径分布分析
• 4.3.4 循环伏安性能分析
• 4.3.5 恒流充放电性能分析
• 4.3.6 交流阻抗性能分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文