探索电容器富氮炭基材料电容电化学性能

论文导读：
摘要：超级电容器作为新型储能元件,具有高功率密度、循环寿命长、充放电速度快等优势,这使其成为目前储能领域的探讨热点。本论文采取原位聚合的策略制得氧化石墨烯聚苯胺复合电极材料并进一步优化了制备工艺条件。在此基础上将其作为正极材料,将活性炭作为负极材料组装成正负极质量不对称的混合电容器并进行电性能测试。另外,为了考察炭材料中氮元素对正负极电容行为的贡献,本论文制备了系列含氮中孔炭样品,并对其进行了系统的电化学浅析测试,考察了氮含量及化学状态在硫酸、氢氧化钾以及有机电解液系统中对正负极的不对称容量贡献行为。以对甲苯磺酸作为掺杂剂,过硫酸铵作为氧化剂,将苯胺原位聚合生长在超声剥落的氧化石墨烯片层上,通过制约苯胺的单体浓度以及苯胺氧化石墨的质量比得到系列复合电极材料。在苯胺与氧化石墨质量比为1：1,苯胺单体浓度为0.08mol/L的工艺条件下制得的聚苯胺氧化石墨烯复合材料P1G1C8综合电化学性能体现优异,比容高达368F/g,以5mA的恒定电流进行充放电,经过1000次循环后其容量保持率高达92%。以复合电极材料P1G1C8作为正极,活性炭作为负极时,根据正负极活性物质质量比电容计算出来的论述正负极最优质量比为1：1,实际最优的正负极质量比为1：1.5。在正负极最优质量比1：1.5情况下组装成的混合电容器较其他质量比得到了最高的比容量22.9mAh/g,进一步增加负极极片质量则会导致混合电容器整体容量下降。以三聚氰胺、苯酚和甲醛为前驱体,硅溶胶为模板剂,通过溶胶-凝胶策略制备出一系列高氮含量的炭气凝胶,再经过炭化处理和氢氧化钠刻蚀处理后得到不同氮含量的中孔炭样品。氮元素在前驱体内的含量最高可达28.6%,该样品在炭化后经元素浅析氮含量高达11.9%。含氮中孔炭样品中氮元素主要以吡啶氮、吡咯氮以及石墨骨架氮等形式有着。不同氮含量样品在硫酸电解液系统正负极电容行为均较为对称。而在氢氧化钾电解液系统呈现出了显著不对称的行为,氮元素的有着对负电势范围内的容量贡献更显著,导致负极容量比正极更大,容差最高可达57.9F/g。在有机电解液系统中,氮元素的有着也会使材料电容容量有一定的提升,并且负极提升的容量要高于正极。炭化温度对中孔炭孔结构影响较小,主要影响氮含量以及氮物种在材料中的有着形式。随着样品炭化温度的升高,氮元素含量减少；其中吡啶氮含量显著下降,吡咯氮含量略微下降,而石墨骨架氮含量略微上升。热处理温度升高导致样品在三种电解液系统下的比容均出现较为显著的下降。关键词：超级电容器论文聚苯胺论文含氮中孔炭论文正负极不对称论文
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Abstract6-9
第1章 绪论9-20

1.1 超级电容器介绍10-12

1.2 超级电容器原理12-15

1.2.1 双电层电容原理12-13

1.2.2 法拉第电容原理13-14

1.2.3 混合型超级电容器原理14-15

1.3 超级电容器运用15-16

1.3.1 消费类电子设备15

1.3.2 混合动力汽车15-16

1.3.3 电力系统16

1.3.4 不间断电源系统(UPS)16

1.4 超级电容器电极材料介绍16-19

1.4.1 材料表面化学改性17-19

1.5 课题的提出19-20

第2章 实验原料及设备20-22

2.1 主要实验原料20

2.2 主要仪器设备20-21

2.3 电容器的组装21-22

2.3.1 极片制备21

2.3.2 超级电容器组装21-22

第3章 氧化石墨/聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能探讨22-41

3.1 引言22

3.2 实验部分22-24

3.

2.1 氧化石墨和聚苯胺的制备22-23

3.

2.2 超级电容器组装23

3.

2.3 电化学测试策略23-24

3.3 结果与讨论24-40

3.1 样品物理结构浅析24-25

3.2 样品电化学性能测试25-31

3.3 构造正负极质量不对称电容器31-40

3.4 本章小结40-41

第4章 含氮中孔炭的制备及氮元素对电容行为的影响41-78

4.1 引言41

4.2 实验部分41-42

4.

2.1 含氮中孔炭的制备41

4.

2.2 样品物理结构浅析41-42

4论文导读：
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2.3 电化学测试策略42

4.3 结果与讨论42-77

4.

3.1 物理结构浅析42-45

4.

3.2 不同氮含量中孔炭样品在6M KOH电解液系统中电化学性能45-50

4.

3.3 不同氮含量中孔炭样品在3M H_2SO_4电解液系统中电化学性能50-55

4.

3.4 不同氮含量中孔炭样品在有机电解液1M EtPC系统中电化学性能55-60

4.

3.5 不同氮含量样品在三种电解液系统下对正负极电容行为影响的比较60-66

4.

3.6 炭化温度对含氮中孔炭样品电化学性能的影响66-77

4.4 本章小结77-78
第5章 结论78-80

5.1 论文结论78-80

参考文献80-85
致谢85