秸稈基超級炭材料制備、改性及其在超級電容器中的應(yīng)用

【摘要】： 文中選用秸稈原料作為炭源,利用秸稈具有天然的植物纖維結(jié)構(gòu),通過對秸稈炭化、活化等步驟制備了超級炭,并應(yīng)用于超級電容器。 采用掃描電鏡(SEM)觀察了活性炭材料的表面形貌,利用等溫氮吸脫附測定了材料的比表面積與孔結(jié)構(gòu),通過循環(huán)伏安測試(CV)、計時電勢測試與交流阻抗測試(EIS),研究了材料的電容性能。分析了原料種類、炭化條件、活化方法、活化條件、控溫方式對制備的活性炭結(jié)構(gòu)和性能的影響。測試了電極材料在不同電解液中的電容性能,分析了電極配比、電容器組裝對結(jié)果的作用。在活性炭的孔結(jié)構(gòu)與電容性能研究的基礎(chǔ)上,采用數(shù)據(jù)分析與乙腈浸潤炭的熱重實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法探討電極材料的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。 結(jié)果表明所合成的活性炭材料表面具有蜂窩狀的形貌,大的比表面積和優(yōu)異的電容性能。制備過程對活性炭的性能具有重要影響,較高溫度下制備的活性炭適于用作有機(jī)系超級電容器電極材料,而較低溫度下制備的活性炭適于用作水系超級電容器電極材料。在水系電解液中,比電容值超過400 F/g,在有機(jī)電解液中比電容值達(dá)到251.1 F/g。 在研究了氧化鎳超電容性質(zhì)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了氧化鎳等過渡金屬化合物與活性炭的復(fù)合超電容材料的制備和研究。通過在活化過程中加入金屬化合物從而對活性炭改性;同時,采用活性炭浸漬負(fù)載金屬化合物對活性炭改性;對活性炭復(fù)合電極材料的超電容性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明復(fù)合電極材料的使用電勢范圍變寬。 文中進(jìn)行了充放電測試和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)。基于LabVIEW圖形化編程平臺,使用研華PCI-1710HG多功能數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)建多通道系統(tǒng)。在此系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)建了充放電測試和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),進(jìn)行了超級電容器充放電測試。同時通過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),將這一系統(tǒng)應(yīng)用于溶液電導(dǎo)的測定、凝固點(diǎn)測定等實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明所構(gòu)建的多通道系統(tǒng)界面友好,操作方便,不僅具有多通道、快速采集的優(yōu)勢,而且系統(tǒng)易于維護(hù)、便于擴(kuò)充,可根據(jù)具體需要,靈活修改,同時還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。 【關(guān)鍵詞】：秸稈 活性炭 超級電容器 氧化鎳 復(fù)合 多通道系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 致謝8-18
• 第一章 緒論18-28
• 1.1 引言18
• 1.2 超級電容器簡介18-21
• 1.2.1 超級電容器原理18-20
• 1.2.2 超級電容器的特點(diǎn)20
• 1.2.3 超級電容器的應(yīng)用20-21
• 1.3 超級電容器國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21-22
• 1.4 炭基超電容材料的發(fā)展22-25
• 1.4.1 活性炭22-24
• 1.4.2 活性炭纖維24
• 1.4.3 炭氣凝膠24-25
• 1.4.4 炭納米管25
• 1.5 其它超電容材料的近期發(fā)展25-26
• 1.5.1 金屬氧化物氮化物25-26
• 1.5.2 導(dǎo)電聚合物26
• 1.6 論文的選題背景、研究意義及研究內(nèi)容26-28
• 第二章 水系超電容活性炭的制備與性能研究28-42
• 2.1 引言28-29
• 2.2 水系超級電容器用活性炭的制備與表征29
• 2.2.1 水系超級電容器用活性炭的制備29
• 2.2.2 水系超級電容器用活性炭的表征29
• 2.2.2.1 電極制備29
• 2.2.2.2 電化學(xué)性能測試29
• 2.3 結(jié)果與討論29-39
• 2.3.1 炭化條件的影響29-31
• 2.3.2 活化參數(shù)的影響31-33
• 2.3.3 不同電解液對比電容的影響33-36
• 2.3.4 電極配比對比電容的影響36
• 2.3.5 溫度制式對比電容產(chǎn)生的影響36-37
• 2.3.6 炭化產(chǎn)物的顆粒度大小對活化結(jié)果的影響37-38
• 2.3.7 壓緊度對超級電容器性能的影響38-39
• 2.4 微波法制備39-40
• 2.5 小結(jié)40-42
• 第三章 有機(jī)系用超級活性炭的制備、電容性能及機(jī)理研究42-56
• 3.1 引言42-43
• 3.2 有機(jī)系超級電容器用活性炭的制備與表征43-44
• 3.2.1 有機(jī)系超級電容器用活性炭的制備43
• 3.2.2 有機(jī)系超級電容器用活性炭的表征和電化學(xué)測試43-44
• 3.3 結(jié)果與討論44-54
• 3.3.1 秸稈炭化過程的熱重分析44
• 3.3.2 活性炭的表面形貌44-45
• 3.3.3 孔結(jié)構(gòu)45-47
• 3.3.4 電容性能47-51
• 3.3.5 孔大小在形成電容中的作用51-52
• 3.3.6 AN浸潤炭的熱重分析和有效孔分析52-54
• 3.4 微波法制備的活性炭在有機(jī)電解液中的測試54-55
• 3.5 結(jié)論55-56
• 第四章 超電容器用氧化鎳制備和性能研究56-66
• 4.1 引言56
• 4.2 實(shí)驗(yàn)56-58
• 4.2.1 通過前驅(qū)物氧化的方法制備氧化鎳56-57
• 4.2.2 以葡萄糖為分散劑制備氧化鎳57
• 4.2.3 鎳化合物凝膠熱解制備氧化鎳57
• 4.2.4 通過水熱法制備的氫氧化鎳作為前驅(qū)物制備氧化鎳57-58
• 4.2.5 測試58
• 4.3 結(jié)果與討論58-64
• 4.3.1 通過前驅(qū)物鎳氧化的方法制備氧化鎳58-61
• 4.3.2 以葡萄糖為分散劑制備的氧化鎳的電容性能61-62
• 4.3.3 鎳化合物凝膠熱解制備氧化鎳的電容性能62
• 4.3.4 通過水熱法制備的氫氧化鎳作為前驅(qū)物制備氧化鎳及其電容性能62-64
• 4.4 結(jié)論64-66
• 第五章 活性炭過渡金屬化合物復(fù)合改性與超電容性能66-76
• 5.1 概述66
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法66-68
• 5.2.1 V_2O_5存在時秸稈炭的活化66-67
• 5.2.2 Ni(en)_3Cl_2存在時秸稈炭的活化67
• 5.2.3 復(fù)合錳氧化物的活性炭的制備67
• 5.2.4 復(fù)合鉻氧化物的活性炭的制備67
• 5.2.5 復(fù)合釩化合物的活性炭的制備67
• 5.2.6 改進(jìn)了的復(fù)合釩化合物的活性炭的制備67-68
• 5.2.7 氧化鎳活性炭復(fù)合材料的制備68
• 5.2.8 電化學(xué)性能的表征68
• 5.3 結(jié)果與討論68-75
• 5.3.1 V_2O_5對秸稈炭活化過程的影響68-70
• 5.3.2 Ni(en)_3Cl_2對秸稈炭活化過程的影響70-71
• 5.3.3 復(fù)合錳氧化物的活性炭和復(fù)合鉻氧化物的活性炭的電容性能71-73
• 5.3.4 復(fù)合釩化合物的活性炭73-74
• 5.3.5 氧化鎳活性炭復(fù)合電極材料電容性能74-75
• 5.4 小結(jié)75-76
• 第六章 多通道系統(tǒng)的構(gòu)建及在超電容器測試中的應(yīng)用76-90
• 6.1 引言76
• 6.2 虛擬儀器簡介76-77
• 6.2.1 虛擬儀器及其特點(diǎn)76
• 6.2.2 虛擬儀器的構(gòu)成76-77
• 6.3 多通道系統(tǒng)的構(gòu)建77-78
• 6.3.1 系統(tǒng)框架77
• 6.3.2 硬件及軟件77-78
• 6.3.3 多通道系統(tǒng)的主要功能78
• 6.4 基于虛擬儀器的多通道系統(tǒng)在超級電容器研究中的應(yīng)用78-83
• 6.4.1 引言78
• 6.4.2 系統(tǒng)硬件78-79
• 6.4.3 軟件設(shè)計及其應(yīng)用79-83
• 6.5 多通道系統(tǒng)在其它實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用83-88
• 6.5.1 虛擬儀器在電導(dǎo)測定中的應(yīng)用83-85
• 6.5.1.1 引言83-84
• 6.5.1.2 系統(tǒng)硬件84
• 6.5.1.3 軟件設(shè)計84-85
• 6.5.2 基于虛擬儀器的測定物質(zhì)摩爾質(zhì)量實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)85-87
• 6.5.2.1 引言85
• 6.5.2.2 實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)的構(gòu)成85-86
• 6.5.2.3 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)86-87
• 6.5.3 利用DataSocket構(gòu)建在線電池充放電測試87-88
• 6.6 本章小結(jié)88-90
• 參考文獻(xiàn)90-105
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表及待發(fā)表的論文、專利和獲獎情況105-106

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