论文摘要
超级电容器又称为电化学电容器,是一种能量密度和功率密度介于传统电容器和二次电池之间的新型储能元件。其具有比功率高、能量密度大、充放电时间短和循环寿命长、工作温度范围宽、安全和对环境无污染的特点,具有非常广阔的应用前景。本文设计和制备出含有碳材料、金属氧化物和导电聚合物的三元复合材料作为超级电容器电极材料,通过各组分之间的协同作用,以期具有优良的电化学性能。主要工作如下：（1）利用Wittig反应制备出两种咔唑类衍生物聚(3,6-二乙烯基-N-丁基咔唑-2,5-二苯基-1,3,4-嗯二唑}（POXA-CAR）和{3,6-二乙烯基-N-丁基咔唑-2,5-二辛氧基苯}（PPH-CAR）。采用傅立叶红外光谱（FT-IR）、氢核磁共振谱（1H-NMR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、热重分析（TGA）和电化学分析对其结构和性能进行了表征。结果表明合成的聚合物是目标产物,并且具有较好的热稳定性。CV测试结果显示所合成的两种聚合物同时具有优良的空穴传输和电子传输性能。（2）采用两步法制备出GO/MnO2/POXA-CAR三元复合材料,分别采用X射线单晶衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）以及场发射扫描电镜（FESEM）对其结构和形貌进行了表征；采用循环伏安法、恒电流充放电以及交流阻抗等方法表征其电化学性能。电化学测试表明,在电流密度为2.5 mA/cm2时,GO/MnO2/POXA-CAR三元复合材料的比电容为310 Fg-1较GO/MnO2提高了150%。电流密度为5 mA/cm2条件下充放电1000次,比电容并未下降,表现出优良的循环稳定性。（3）采用两步法制备出RGO/MnO2/PPH-CAR三元复合材料,分别采用XRD、XPS、FESEM以及TEM对其结构和形貌进行了表征；采用循环伏安法、恒电流充放电以及交流阻抗等方法表征其电化学性能。电化学测试表明,在导电聚合物含量为5%时具有较好电化学性能。在电流密度为0.6 mA/cm2时,三元复合材料RGO/MnO2/PPH-CAR的比电容为175 F/g较RGO/MnO2提高了46%。电流密度为5 mA/cm2时,经过1000次充放电后,比电容的衰减在10%以下,表明GO/MnO2/PPH-CAR复合材料具有良好的循环稳定性能。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 引言1.2 超级电容器简介1.2.1 超级电容器的发展历程1.2.2 超级电容器的组成与性能1.2.3 超级电容器分类及各自工作原理1.2.4 超级电容器的应用1.2.5 超级电容器国内外研究进展1.3 超级电容器电极材料研究进展1.3.1 碳基材料1.3.2 过渡金属氧化物电极材料1.3.3 导电聚合物电极材料1.3.4 小结1.4 选题意义和研究内容1.4.1 本文选题意义1.4.2 本文研究内容第二章 超级电容器电极材料电化学性能测试方法2.1 引言2.2 循环伏安法2.2.1 循环伏安法简介2.2.2 实验测试仪器2.2.3 测试结果分析2.3 恒电流充放电测试2.3.1 恒电流充放电测试简介2.3.2 实验测试仪器2.3.3 测试结果分析2.4 电化学交流阻抗测试2.4.1 电化学交流阻抗测试简介2.4.2 实验测试仪器2.4.3 测试结果分析第三章 咔唑衍生物的合成与表征3.1 引言3.2 实验部分3.2.1 主要实验仪器和试剂3.2.2 POXA-CAR和PPH-CAR的合成线路3.2.3 实验试剂及预处理3.2.4 N-丁基咔唑的合成3.2.5 N-丁基-3,6-二醛基咔唑的合成3.2.6 二（4-甲基苯基）酰肼的合成3.2.7 2,5-二（4-甲基苯基）-1,3,4-噁二唑的合成3.2.8 2,5-二[4-（溴甲基）苯基]-1,3,4-噁二唑的合成3.2.9 2,5-二（三苯基磷溴甲基）-1,3,4-噁二唑的合成3.2.10 聚{3,6-二乙烯基-N-丁基咔唑-2,5-二苯基-1,3,4-噁二唑}的合成.3.2.11 1,4-二辛氧基苯的合成3.2.12 1,4-二溴甲基-2,5-二辛氧基苯的合成3.2.13 1,4-二（溴化三苯基磷亚甲基）-2,5-二辛氧基苯的合成3.2.14 聚{3,6-二乙烯基-N-丁基咔唑-2,5-二辛氧基苯}的合成3.3 结果与讨论3.3.1 红外吸收光谱分析3.3.2 氢核磁共振谱分析3.3.3 热重分析3.3.4 紫外-可见吸收光谱分析3.3.5 电化学分析3.4 本章小结2/POXA-CAR复合材料的制备及超级电容器性能'>第四章 氧化石墨/MnO2/POXA-CAR复合材料的制备及超级电容器性能4.1 引言4.2 实验部分4.2.1 实验主要仪器和试剂2/POXA-CAR三元复合材料的合成'>4.2.2 GO/MnO2/POXA-CAR三元复合材料的合成4.2.3 电极的制备与测试4.3 结果与讨论4.3.1 红外光谱分析4.3.2 X-射线粉末衍射分析4.3.3 光电子能谱分析4.3.4 场发射扫描电镜分析4.3.5 循环伏安曲线分析4.3.6 恒电流充放电分析4.3.7 交流阻抗分析分析4.3.8 循环稳定性分析4.3.9 比电容与电流密度关系分析4.4 本章小结2/PPH-CAR复合材料的制备及超级电容器性能'>第五章 石墨烯/MnO2/PPH-CAR复合材料的制备及超级电容器性能5.1 引言5.2 实验部分5.2.1 实验主要仪器和试剂2/PPH-CAR三元复合材料的制备'>5.2.2 RGO/MnO2/PPH-CAR三元复合材料的制备5.3 结果与讨论5.3.1 X射线衍射分析5.3.2 XPS分析5.3.3 扫描电镜分析5.3.4 透射电镜分析5.3.5 循环伏安分析5.3.6 恒电流充放电分析5.3.7 交流阻抗分析5.3.8 循环稳定性分析5.3.9 比电容与电流密度的关系分析5.3.10 PPH-CAR的含量对电化学性能的影响5.4 本章小结第六章 总结6.1 本文结论6.2 本文工作的创新点参考文献致谢个人简历在读期间已发表和录用的论文及科研项目
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