發(fā)布時間：2020-05-09 18:53

【摘要】：隨著化石能源的枯竭和環(huán)境污染的日益加劇,綠色可持續(xù)能源顯得尤為重要,超級電容器、鋰離子電池、鉀離子電池等一系列儲能裝置被廣泛研究。本文分別研究了生物質(zhì)炭基多級孔炭在不同水系電解液中的超級電容器性能以及陽離子插層MXene的儲鋰(鉀)性能及其與不同電解質(zhì)離子的匹配機制。1、超級電容器是一種新型的能量儲存裝置,具有充電時間短、功率密度大等特點。以生物質(zhì)裂解制備生物柴油的殘?zhí)繛樵��?以氫氧化鉀為活化劑制備了超級電容器用碳電極材料。所制備的生物炭基多孔炭具有較大的比表面積,同時具有較好的微孔-介孔-大孔的多級孔結(jié)構(gòu),其比表面積和孔容分別高達(dá)2790.4 m~2 g~(-1)和2.04 cm~3 g~(-1)。正是由于這種多級孔結(jié)構(gòu),以4倍KOH活化制得的BBC-4材料顯示了優(yōu)良的電容特性,在KOH電解液中,比電容值可達(dá)到327F g~(-1),在100 A g~(-1)下比電容值仍達(dá)到205 F g~(-1),表現(xiàn)出良好的倍率性能;在Na_2SO_4電解液中,工作電壓可高達(dá)1.6 V,能量密度最高為20.2 Wh kg~(-1)。在KOH電解液中經(jīng)過120 000次循環(huán)后仍保持初次比電容的92%,表現(xiàn)出較強的穩(wěn)定性。合理的多級孔分布可以在保持原有高質(zhì)量能量密度的前提下提升體積能量密度。2、提升材料儲鋰和儲鉀性能一直是鋰(鉀)離子電池領(lǐng)域的研究重點。本工作將新型二維材料Ti_3C_2 MXene作為負(fù)極材料,針對MXene比容量低和層間易堆疊不利于電解液離子插入的問題,發(fā)展了一種季銨離子插層法實現(xiàn)了MXene材料層間距的精準(zhǔn)調(diào)控,深入研究了該類材料的儲鋰和儲鉀特性,揭示了層間距與電解液離子的匹配機制,提升了其儲鋰和儲鉀能力。其中,經(jīng)NH_4~+插層后MXene層間距為1.18 nm,儲鋰容量為152 mAh g~(-1),較Ti_3C_2(120 mAh g~(-1))提升21%;在2 A g~(-1)下儲鋰容量為74 mAh g~(-1),較Ti_3C_2(46 mAh g~(-1))提升了60%。系統(tǒng)的電化學(xué)測試結(jié)果表明季銨離子插層提升了鋰離子擴散動力學(xué),促進(jìn)了鋰離子在層間的脫嵌,從而增強了其儲鋰性能。但是隨層間距的繼續(xù)增大,銨離子較長的碳鏈發(fā)生卷曲阻礙了鋰離子的擴散。(C_2H_5)_4NBr@Ti_3C_2層間距為1.48 nm,表現(xiàn)出較強的電容型儲鉀性能,在0.1 A g~(-1)下比容量為81 mAh g~(-1),較Ti_3C_2(60 mAh g~(-1))提升35%,在2 A g~(-1)下比容量為35 mAh g~(-1)較Ti_3C_2(12.2mAh g~(-1))提升187%。本工作在不改變材料表面化學(xué)性質(zhì)的前提下通過層間距的精確調(diào)控提高了MXene的儲能性能,實現(xiàn)了致密儲能,對其他二維材料層間距的調(diào)控也具有重要的借鑒意義。
【圖文】：

山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論2圖1.1 不同儲能裝置的比能量和比功率對比圖Fig.1.1 Comparisonofspecificenergyandspecificpowerfordifferentenergystoragedevices超級電容器是由導(dǎo)電集流體、電極材料、隔膜和電解液組成。其中，電極是超級電容器的核心，它是由集流體和電極材料組成，電極材料一般選擇具有高比表面積、良好導(dǎo)電性的碳材料。集流體既可以利用導(dǎo)線將電極與外電路構(gòu)成通路，又可以降低電極的電阻，，常用的集流體材料主要有泡沫鎳、銅箔、鋁箔等。隔膜材料要求具有絕緣性、穩(wěn)定性、良好的離子透過性、良好的力學(xué)性能和對電解液的親和性。1.3 超級電容器的分類電化學(xué)電容器按儲能機理可分為兩類：雙電層儲能和法拉第贗電容儲能[1]。1.3.1 雙電層電容器雙電層電容器（ElectricDouble-Layercapacitor，簡稱EDLC）通過在電極和電解質(zhì)溶液界面上形成靜電雙電層而儲存能量，其儲能機理是雙電層理論[9]。圖1.2 雙電層電容器工作原理Fig.1.2 Workingprincipleofdouble-layerca

圖1.2雙電層電容器工作原理
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM53;TM912

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張小紅,蔡立彬,尹國強,張維剛,崔英德;二次插層法制備有機蒙脫石的研究[J];現(xiàn)代化工;2003年11期

2 曾雄豐;張汀蘭;顧佳妮;張文麗;;插層法改善粘土可加工性能的機理研究[J];中國陶瓷;2016年02期

3 趙紀(jì)金;李曉霞;郭宇翔;馬德躍;;分步插層法制備高倍膨脹石墨及其微觀結(jié)構(gòu)[J];光學(xué)精密工程;2014年05期

4 牟秋紅;張方志;琚偉;李金輝;;溶液插層法膨脹石墨/硅橡膠復(fù)合材料的熱性能研究[J];彈性體;2011年03期

5 牟秋紅;馮圣玉;;溶液插層法膨脹石墨/硅橡膠復(fù)合材料的制備及導(dǎo)熱性能研究[J];化工新型材料;2011年07期

6 孫翠華,宋國君,王俊霞,王立,江峰,李培耀;蒙脫土/橡膠納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J];橡膠工業(yè);2003年04期

7 封祿田,劉子儒,王建楓,張巾玲;配位插層法制備酚醛樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的性能研究[J];沈陽化工學(xué)院學(xué)報;2005年03期

8 戈明亮,徐衛(wèi)兵;插層法制備聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J];工程塑料應(yīng)用;2002年05期

9 劉曙光;張冬;劉國玉;彭輝;;聚氨酯/有機膨潤土納米復(fù)合材料的制備及性能表征[J];工程塑料應(yīng)用;2010年02期

10 谷正;宋國君;張洪林;王寶金;;乳液插層法制備丁苯橡膠/有機蒙脫土納米復(fù)合材料中試研究[J];特種橡膠制品;2008年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 華靜;劉金慧;耿潔婷;;配位聚合原位插層法和超臨界二氧化碳法合成cis-1,4-PB/OMMT納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究[A];2015年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集——主題M 高分子工業(yè)[C];2015年

2 何慧;劉顯勇;賈德民;;原位接枝插層法制備聚丙烯/高嶺土納米復(fù)合材料的研究[A];2007年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集（上冊）[C];2007年

3 賈德民;鄭增勇;游長江;章永化;郭寶春;;膠乳插層法橡膠型納米復(fù)合材料的研究[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議論文集（下卷）[C];2001年

4 陳國華;方文煥;葉葳;徐金瑞;顏文禮;;電化學(xué)插層法制備納米石墨薄片[A];第三屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1998年

5 陸昶;曹風(fēng)雷;劉繼純;張玉清;;不飽和聚酯/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備及性能研究[A];2007年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集（下冊）[C];2007年

6 魯俊;肖超渤;;溶液插層法制備羧甲基魔芋／蒙脫土納米復(fù)合膜[A];2005年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2005年

7 閆平科;馬正先;馬云東;;插層法制備PVC/蒙脫土納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展[A];第十二屆全國粉體工程及礦產(chǎn)資源可持續(xù)開發(fā)利用學(xué)術(shù)研討會專輯[C];2006年

8 錢功明;鄭麗;劉威;劉行剛;;磷灰石及其復(fù)合材料的微結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能[A];中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會第14屆學(xué)術(shù)年會論文摘要專輯[C];2013年

9 鄺向升;敖寧建;陳美;何山童;韓芳;;膠乳法制備天然橡膠/蒙脫土納米復(fù)合材料研究[A];第三屆全國掃描電子顯微學(xué)會議論文集[C];2003年

10 鄭忠偉;汪濟(jì)奎;程樹軍;;氯化聚乙烯橡膠／蒙脫土納米復(fù)合材料的制備[A];2005年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 林海;利用插層/去插層方法探索合成新型超導(dǎo)材料[D];南京大學(xué);2018年

2 王定;長鏈有機化合物插層高嶺石及其機理研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)(北京);2018年

3 徐宏德;彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備及改性研究[D];北京化工大學(xué);2005年

4 田曉飛;導(dǎo)電聚合物插層LDHs的組裝及其性能研究[D];北京化工大學(xué);2006年

5 張寶慶;應(yīng)用可控活性自由基聚合方法制備聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

6 韓志東;新型石墨層間化合物的制備及其膨脹與阻燃機理的研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2008年

7 喬文;二硫化鉬納米片及量子點的制備與性能研究[D];南京大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李麗媛;電化學(xué)插層制備3D石墨烯及其電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 邱志鵬;生物炭基多孔碳及陽離子插層MXene的制備與儲能應(yīng)用[D];山東理工大學(xué);2019年

3 樊琦琦;基于蒙脫土插層結(jié)構(gòu)的聚乳酸/麥秸纖維復(fù)合材料制備及其性能[D];東北林業(yè)大學(xué);2019年

4 曾魯平;插層改性溫輪膠特性及其對砂漿性能的影響研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

5 余志;胺插層輔助剝離過渡金屬磷硫化合物及其電催化性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

6 邱實;插層高嶺土閃熱制備偏高嶺土及其影響因素[D];中國礦業(yè)大學(xué);2019年

7 劉超雷;柱撐MMT甲烷合成催化劑的制備與性能研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2017年

8 蔡冬雪;有機蒙脫石涂料流變助劑的制備及機理研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2013年

9 張汀蘭;伊利石粘土的插層改性研究[D];華北理工大學(xué);2017年

10 胡海彥;原位插層法聚氯乙烯/粘土納米復(fù)合材料的制備及性能研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2003年

本文編號：2656580