多孔炭的合成与电容性能研究

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1、硕士学位论文多孔炭的合成与电容性能研究SynthesisoIDorouscarbonsandstudy0ntheirpertormanceln一·_‘n-_l‘l●一●supercapacitors学21107140完成日期：星Q!垒二Q鱼二鳗大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体己经发表的研

2、究成果，也不包含其他己申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：鱼地盅豳佥蓝壶坠鏖选塑耷当作者签名：遗年日期：塑丝年—鱼月上日大连理工大学硕士学位论文摘要超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、安全性高和环境友好等优点，近年来被广泛应用于动力电源、激光脉冲、智能电网、节能建筑和航空航天等领域。目前，由于比表面积大、抗酸碱腐蚀型性强等特性，炭材料作为超级电容器电极具有独特的优势。然而，炭

3、电极材料面临着导电率低、与集流体的接触电阻大以及孔道长度较长等问题，增加了电容器中电子和离子的传输阻力，导致了超级电容器能量密度低、倍率性能差和使用寿命短等问题。因此，具有高导电性的新型炭材料的设计合成有着重要的实用意义。本论文利用分子自组装和原位生长技术，合成了微孔炭纳米片和泡沫镍基底原位生长的多孔炭材料，并研究了其结构特点与电容性能之间的关系。具体包括以下两个方面：(1)以氧化石墨烯为结构导向剂，采用酚醛胺快速聚合体系，通过溶胶．凝胶法，经过简单的热解处理一步合成片层厚度为30~40nm的片层微孔

4、炭材料。该材料具有片层结构，利于缩短离子的传输路径；材料中均匀分布的石墨烯提高了材料的电子导电性。相比于传统的活性炭材料，微孔炭纳米片具有更好的双电层电容特征和大电流充放电能力；经过水活化处理，材料的比表面积提高至1293m2g-1，其在水系电解液中的电容值进一步提高，达到190Fg-1。同时，将活化的材料应用到有机电解液的超级电容器中，表现出优异的电容性能，质量能量密度和体积能量密度达到22．4whk91和17．3mWhcm-3。(2)通过原位聚合的方法制备得到泡沫镍基底原位生长的多孔炭材料，该材料

5、具有不同的孔尺寸和炭含量。炭材料与泡沫镍骨架紧密接触，降低了活性物质与集流体之间的接触电阻，并且附着的炭层厚度控制在5岬以下，降低了离子传输阻力。表面活性剂F127的添加与否，决定了泡沫镍基多孔炭材料的孔道类型，添加F127时得到介孔炭材料，不添加F127时得到微孔炭材料。上述炭材料电容性能的研究表明，泡沫镍基介孔炭具有更好的电化学性能，电容值能够达到190Fg-1。通过多次浸润泡沫镍能够得到高含炭量的炭电极，该电极仍然具有良好的电容性能，同时由于负载量的提高使其能够存储的电荷量达到3F，相比于低负载

6、量的电极，具有更高的电荷存储能力。关键词：超级电容器；微孔炭纳米片；泡沫镍基多孔炭大连理工大学硕士学位论文SynthesisofporouscarbonsandstudyontheirperformanceinsupercapacitorsAbstractSupercapacitorsarewidelyusedinthepowersupply,laserpulse，smartgad，energy-efficientbuilding,aerospaceandotherfields，whenhighpow

7、erdensity,longcyclelife，highsafetyandenvironmentalfriendlinessarerequired．Currently，carbon-basedelectrodesarethekeytoimprovingtheperformanceofsupercapacitors。However,thecontactresistancebetweenactivematerialsandcurrentcollectors，theresistanceoftheiontra

8、nsportthroughthelongnarrowporesandthelowconductivityoftheelectrodematerialsleadthesupercapacitorsdirectlytothedecreaseoftheperformanceincludingenergydensity，powerdensityandcyclelife．Therefore，designandsynthesisofnewcarbonmaterial