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超级电容器,简称超电,是介于高能量密度锂电池和传统固态电容器之间的一类新型清洁的储电设备。它具备功率密度高,体积小,充放电时间快和循环寿命长等优势,已获得消费电子、记忆设备和工业电源等电子设备领域的认可。 电极活性物质作为超电的心脏,一直是材料界研究的热点。商业化的碳材料用作电极活性物质,通常展现出低的能量密度,仍无法满足人类在能源方面日益增长的需求。基于这种需求,本论文以碳材料作为对象,在结构上进行改性,制备孔径结构分布合理的掺氮多孔碳材料及其复合材料,具体研究如下: (1)采用原位掺杂方法,以富碳的琼脂为碳源,含氮基团高的三聚氰胺为氮源,硝酸铁作为催化剂和表面活性剂F127作为致孔剂,形成石墨化的掺氮多孔碳气凝胶。该材料具有较大的孔容积为0.825 cm3 g-1,用作电极活性物质,在低电流密度0.5 A g-1下,比电容测试值高达381.5 F g-1,在循环充放电10000次以后,比电容仍可以维持91.2%。 (2)采用溶胶凝胶法,间苯二酚、胞嘧啶和甲醛为基础反应物,在氢氧化钠为碱性调节剂作用下,构成间苯二酚-甲醛和胞嘧啶-甲醛两种预聚物前驱体,通过高温水热,冷冻干燥和氢氧化钾活化技术,制备出含氮量高(4 wt%)的分级多孔碳气凝胶。该材料用作电极活性物质,在低电流密度0.5 A g-1下,比电容测试值高达392 F g-1。在循环充放电5000次以后,比电容维持初始放电容量的85.9%。 (3)采用浸渍还原法,以吸附金属离子能力强的壳聚糖作为载体,钼酸铵和硼氢化钠作为钼源和还原剂,在温和的条件下,制备出了蜂窝状的NBC/MoO3复合材料。NBC/MoO3复合材料在3D网格状载体多孔碳和均匀MoO3小颗粒协同作用下,呈现出了良好的电子传导特性,用作电极活性物质,在0.5 A g-1的低电流密度下,比电容测试值高达349.5 F g-1,此外,在循环充放电5000次后,比电容维持率为88.3%。