论文摘要
超级电容器是介于电池和传统电容器之间的一种新型储能器件,与电池相比较,超级电容器一般具有比较高的功率密度和较好的倍率性能;因其具有这些特点,使其可以作为理想的储能装置而应用于移动通信、信息技术、消费电子、航空航天和后备电源系统等方面。根据储能原理,可以将超级电容器分为双电层电容和赝电容两类,双电层电容器常用活性炭作为电极材料,赝电容常用金属氧化物和导电聚合物作为电极材料,从结构上看,超级电容器主要是由电极材料、电解液、集流体等组成。超级电容器的性能与电极材料和电解液有着密切的关系,所以研究超级电容器非常重要的一个方面就是如何研究出性能良好的电极材料和电解液,金属有机骨架(MOFs)是由含氧或氮的有机配体与过渡金属连接而形成的网状骨架结构,其孔道是由金属和有机组分共同构成的,对有机分子和有机反应具有更大的活性和选择性。目前金属有机框架已广泛应用于催化、离子交换和储氢等方面,作为电极材料应用于锂离子电池中,并作为合成炭材料的模板应用于超级电容器中。本论文不仅成功的合成了一系列不同类型的金属有机框架,并成功将他们作为电极材料成功应用于超级电容器中,样品的结构表征手段有XRD, TEM, N2等温吸附脱附曲线,电化学测试手段有循环伏安,交流阻抗等,本论文主要研究内容和创新点如下:(1)用溶剂热法的思想,基于异烟酸和硝酸镍成功合成了一系列金属有机框架材料,并将其作为电极材料应用于超级电容器中,其中在5mV/s时最大比电容为634F/g,循环寿命测试显示在扫描速率为50mVs-1时经过2000次循环后样品的比电容保持率为84%。(2)成功制备了金属有机框架M3(BTC)2.12H2O (M=Ni和Co),并将其应用于超级电容器电极材料中,其中Ni3(BTC)2.12H2O电极材料在5mV/s下比电容达到了429F/g,高扫描速率200mV/s下比电容为154F/g。(3)一系列名为4-吡啶羧酸四水合物镍的金属有机框架被成功合成,其中在5mV/s时最大比电容为1149F/g.(4)首次将金属有机框架作为电极材料应用于超级电容器中,并且性能良好
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 引言1.2 超级电容器工作原理1.2.1 双电层电容原理1.2.2 法拉第电容器原理1.3 超级电容器结构1.4 超级电容器的应用1.4.1 在电动汽车中的应用1.4.2 用于太阳能、风能发电装置辅助电源1.4.3 在税控机、税控收款机上的应用1.4.4 用于分布式发电系统1.4.5 在国防科技中的应用1.5 国内外的发展与现状1.6 超级电容器电极材料的研究进展1.6.1 碳电极材料1.6.2 金属氧化物1.6.3 导电聚合物电极材料1.6.4 复合或混合型材料1.7 金属有机框架在锂电池和超级电容器中的应用1.8 选题的背景意义和主要内容1.8.1 选题的背景1.8.2 选题的意义1.8.3 研究内容和创新点第二章 实验方法与原理2.1 实验原料和主要仪器2.1.1 实验原料2.1.2 主要实验仪器2.2 电极的制备2.3 材料的表征方法2.3.1 X 射线衍射技术(XRD)2.3.2 比表面积和孔径分布2.4 电化学性能测试方法2.4.1 循环伏安法2.4.2 恒电流充放电法2.4.3 循环寿命测试2.4.4 交流阻抗法2.5 本章小结第三章 以异烟酸为配体、Ni 为金属离子的金属有机框架在超级电容器中的应用3.1 引言3.2 实验部分3.2.1 实验药品3.2.2 金属有机框架的合成3.2.3 电极的制备3.2.4 电解液的选择3.2.5 结构表征3.2.6 电化学测试3.3 结果与讨论3.3.1 不同的反应物物质的量之比对材料性能的影响3.3.2 不同的溶剂热反应温度对材料性能的影响3.3.3 不同的溶剂热反应时间对材料性能的影响3.4 本章小结3(BTC)2.12H2O (M=Co, Ni)在超级电容器中的应用'>第四章 金属有机框架 M3(BTC)2.12H2O (M=Co, Ni)在超级电容器中的应用4.1 引言4.2 实验部分4.2.1 实验药品4.2.2 金属有机框架的合成4.2.3 电极的制备4.2.4 电解液的选择4.2.5 结构表征4.2.6 电化学测试4.3 结果与讨论3(BTC)2·12H2O 的结构和电化学性能测试'>4.3.1 Co3(BTC)2·12H2O 的结构和电化学性能测试3(BTC)2·12H2O 的结构和电化学性能测试'>4.3.2 Ni3(BTC)2·12H2O 的结构和电化学性能测试4.4 本章小结第五章 金属有机框架 4-吡啶羧酸四水合物镍的电化学研究5.1 引言5.2 实验5.2.1 实验药品5.2.2 金属有机框架的合成5.2.3 电极的制备5.2.4 电解液的选择5.2.5 结构表征5.2.6 电化学测试5.3 结果与讨论5.4 本章小结第六章 总结与展望6.1 主要结论6.2 工作展望参考文献攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果致谢
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