碱催化下超电容器用炭纳气凝材料的制备与性能研究

论文摘要

本论文以间苯二酚—甲醛凝胶体系为对象,研究了凝胶化过程、有机凝胶和炭气凝胶制备过程以及添加物对凝胶材料的影响。运用氮吸附、循环伏安、交流阻抗和扫描电镜等多种测试方法对所得凝胶材料进行结构和性能表征。 低温氮吸附和溶液吸附结果表明炭气凝胶材料以介孔为主。交流阻抗谱的分析和数据模拟,进一步得到炭气凝胶电极体系的信息,表明炭气凝胶材料在应用电势范围内具有良好的电化学稳定性,是超电容器用较理想的电极材料。六次甲基四胺等四种有机胺的引入,明显提高所得的材料的比表面积和比电容;锰离子、铜离子等四种金属离子的引入,明显改善了所得炭气凝胶材料的电化学性能。与不使用添加物的炭气凝胶相比,比表面积提高可达30%,比电容值提高了50%以上。不同气凝胶材料的比电容测试表明这些材料具有重要的应用价值。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 超电容器用电极材料研究简介
• 1.1.1 超电容器研究简介
• 1.1.2 超电容器的分类
• 1.1.3 超电容器及其电极材料的研究现状
• 1.2 有机凝胶和炭气凝胶材料研究简介
• 1.2.1 研究简介
• 1.2.2 制备方法
• 1.2.3 结构表征方法
• 1.2.4 应用简介
• 1.3 本论文的研究目的与内容
• 第二章 不同实验条件对凝胶化过程的影响
• 2.1 催化剂种类对凝胶化时间的影响
• 2.1.1 催化剂的选择
• 2.1.2 实验结果与讨论
• 2.2 催化剂的含量对凝胶化时间的影响
• 2.2.1 R／C的选择
• 2.2.2 实验结果与讨论
• 2.3 pH值对凝胶化时间的影响
• 2.3.1 pH值的选择
• 2.3.2 实验结果与讨论
• 2.4 掺杂金属离子对凝胶化时间的影响
• 2.4.1 离子种类的选择
• 2.4.2 实验结果讨论
• 第三章 凝胶化过程的电导法研究
• 3.1 溶胶—凝胶化动态过程的电导率
• 3.1.1 催化剂种类及R／C的选择
• 3.2 不同催化剂时体系的电导率
• 3.3 不同催化剂比例时体系的电导率
• 3.4 不同温度下体系的电导率
• 第四章 有机凝胶和炭气凝胶结构与性能表征
• 4.1 炭气凝胶的制备简介
• 4.1.1 有机凝胶的制备
• 4.1.3 炭气凝胶的制备
• 4.2 实验简介
• 4.3 X射线衍射分析
• 4.4 表面形貌分析
• 4.5 比表面积测试
• 4.5.1 亚甲基蓝吸附测试结果
• 4.5.2 氮吸附测试结果
• 4.6 循环伏安测试
• 4.6.1 炭气凝胶电极的循环伏安测试
• 4.6.2 炭气凝胶电极的比电容
• 4.6.3 炭气凝胶电极的循环特性
• 4.7 交流阻抗测试
• 4.7.1 交流阻抗谱分析
• 4.7.2 等效电路模拟分析
• 4.8 有机凝胶干燥过程分析
• 4.9 聚合机理分析
• 第五章 不同添加物对有机凝胶和炭气凝胶的性能影响
• 5.1 掺杂金属离子的影响
• 5.1.1 比表面积测试结果
• 5.1.2 含金属离子的炭气凝胶样品循环伏安测试
• 5.2 添加有机物的影响
• 5.2.1 比表面积测试结果
• 5.2.2 含有机物的炭气凝胶样品循环伏安测试
• 第六章 结论
• 参考文献