聚吲哚衍生氮掺杂多孔碳材料的制备及其电容性能研究

来源 :江西科技师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunjing123
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随着社会的进步和经济的发展,人们对于能源的需求不断增加。全球的能源的获取严重依赖煤、石油以及天然气等化石能源,然而化石能源是不可再生能源,且大量使用会造成严重的环境问题。为了应对日益增长的能源需求和解决紧迫的环境问题,需要开发绿色能源和新型储能设备。在众多正在开发的能量存储系统(例如燃料电池、锂电池、超级电容器等)中,超级电容器因其具有长寿命,高功率密度,安全性高和环境无污染等优点,受到人们的广泛关注。目前限制超级电容器应用的主要问题在于电容器的能量密度较低,如何在保持超级电容器高功率、长寿命的前提下提高其能量密度是当前亟待解决的问题。碳材料作为研究最多的超级电容器材料,具有价格便宜,高寿命稳定性好等优点。近几年来,导电聚合物为前驱体碳化制备杂原子掺杂碳材料已有研究,并获得了高性能电极材料,但以聚吲哚为前驱体制备多孔碳的研究却很少报道。本文以化学氧化法聚合吲哚并将其作为前驱体,在高温下碳化前驱体制备氮掺杂多孔碳材料。具体研究如下:(1)通过化学氧化法聚合吲哚单体,将得到的聚吲哚作为前驱体,KOH作为活化剂,在N2的氛围下高温碳化前驱体与KOH的混合物,通过改变碳化温度和KOH的浓度,找出最佳的条件。制备的电极在1 A g-1的电流密度下,可以达到328 F g-1的比电容和15 Wh kg-1的能量密度,经过10000次循环充放电后电极的电容保持率依然可以达到91%。(2)在实验一中需要加入粘结剂,将活性材料与集流体粘结在一起。在第二个实验中,我们将聚吲哚与KOH混合后涂布在碳纤维布上,在管式炉内对其进行高温碳化,成功的制备了一种柔性三维骨架氮掺杂多孔碳材料,并且在电极的制备过程不需要使用粘合剂。测试材料的电化学性能,在1 A g-1的电流密度下可以得到416 F g-1的比电容,经过10000次循环充放电后,该器件仍能保持91.8%的初始电容。(3)实验二中制备的电极的倍率性只有68%,因此,在第三个实验中我们引入了氧化石墨烯,将吲哚在氧化石墨烯的表面进行氧化聚合,制备聚吲哚/氧化石墨烯复合材料,将复合材料涂布在碳布上,高温下碳化。制备的电极在电流密度为1 A g-1时,比电容最高可以达到451 F g-1,材料的倍率性提高到了72%。这些结果表明,制备的多孔碳材料在高性能储能装置中具有潜在的应用前景。
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