【摘 要】
：
本文针对现行超级电容器的不足（如功率特性差、体积性能差、使用寿命有限等）,对超级电容器用活性炭（AC）电极进行了研究。首先,采用原位包覆合成法将二维还原氧化石墨烯（rGO）对AC进行原位包覆以制备AC/rGO复合材料;然后,引入多元且不同维度的高导电性纳米碳材料（零维导电炭黑SP、一维碳纳米管（CNFs）及碳纳米纤维（CNTs））与AC/rGO进一步复合改性。通过制备工艺改进、各组分材料比例优化,
论文部分内容阅读
本文针对现行超级电容器的不足（如功率特性差、体积性能差、使用寿命有限等）,对超级电容器用活性炭（AC）电极进行了研究。首先,采用原位包覆合成法将二维还原氧化石墨烯（rGO）对AC进行原位包覆以制备AC/rGO复合材料;然后,引入多元且不同维度的高导电性纳米碳材料（零维导电炭黑SP、一维碳纳米管（CNFs）及碳纳米纤维（CNTs））与AC/rGO进一步复合改性。通过制备工艺改进、各组分材料比例优化,以及电极辊轧比调控,制备具有优异性能的AC/rGO/CNFs/CNTs/SP多元纳米复合电极,其有效地提升了超级电容器的功率特性、体积性能及循环稳定性。本文的主要研究工作如下:1.通过采用原位包覆合成法,可以有效地将rGO片层均匀地包覆于AC表面,形成AC/rGO复合材料。将其与SP复合后,得益于高导电性的rGO在AC表面的包覆,SP在AC颗粒空隙间的填充以及rGO自身的高介孔/大孔属性,所制备的AC/rGO/SP三元复合电极内部导电网络结构及孔分布得以有效改进,EIS阻抗显著降低。其中,AC/rGO比例为87/3时,复合电极（GB-3）的Rs、Rct及Rd分别由常规AC/SP二元电极的0.78Ω、0.50Ω和0.44Ω降低至0.69Ω、0.22Ω和0.42Ω,在电流密度为80 A/g时的容量保持率由常规AC/SP电极的29.55%提高至52.23%,表现出显著提升的倍率性能;2.将CNFs引入到GB-3复合电极中,通过制备工艺及材料配比的优化及调控,制备了AC/rGO/CNFs/SP四元纳米复合电极。刚性纤维状的CNFs能够作为特殊的桥梁,对AC、AC/rGO及SP进行有效桥接,进一步增强复合电极内部导电网络结构及各组分间的电连接,构建了复合电极材料“点-线-面”三维导电网络,并增加复合电极介孔/大孔率。其中,CNFs的添加量为0.1 wt.%时的AC/rGO/CNFs/SP纳米复合电极（FB-1）表现出优异的导电性及倍率性能,在80 A/g电流密度下,容量保持率提升至56.19%;3.进一步地将CNTs引入到FB-1复合电极中,通过制备工艺的改进及材料配比的调控,制备了AC/rGO/CNFs/CNTs/SP五元纳米复合电极。高导电性及柔性的CNTs能够均匀地缠绕在AC颗粒表面,并与SP及CNFs交织分散,有效地抑制了SP颗粒的团聚,增强了复合电极内部各组分的接触紧密性和整体性,构建了更为高效的三维“点-线-面”导电网络,加之CNTs优异的介孔/大孔特性进一步改进了复合电极材料孔结构,在电极层面上形成了多级孔分布结构,显著地增强了复合电极导电性,降低了内部阻抗。其中,CNTs添加量为2 wt.%时的AC/rGO/CNFs/CNTs/SP纳米复合电极（TB-2）表现出最佳性能,其Rs、Rct及Rd分别降低至0.59Ω、0.10Ω和0.40Ω,在电流密度为80 A/g时的容量保持率进一步提高至64.23%,表现出优异的倍率特性;4.最后,通过电极辊轧工艺参数调节,可以改善GB-3、FB-1、TB-2复合电极的压实密度和体积性能。由于纳米碳复合电极倍率性能的改善和压实密度的增大,使得其能量-功率特性也显著提升。基于TB-2-R2复合电极电容器的最大能量密度和功率密度分别由AC/SP电容器的26.01 Wh/L和45.58 k W/kg（51.96 k W/L）提高至30.19 Wh/L和76.22 k W/kg（96.03 k W/L）。循环寿命测试表明,纳米碳材料的引入能够抑制SP在循环过程中的团聚,且rGO及CNTs在AC表面的包覆/缠绕以及CNFs对各种粒子的有效桥接,有利于适应/调节AC在循环过程中体积的膨胀和收缩,使得电极的整体性得以保持,从而实现各类型纳米复合电极的循环性能的显著改善。最终制备的多元纳米碳复合电极TB-2和TB-2-R2在10 A/g电流密度下,经30000次循环后的容量保持率由AC/SP电极的56.24%显著提升至93.25%和88.94%。本文通过引入多元纳米碳材料与AC复合以改善电极内部导电网络结构及孔结构分布,实现了复合电极导电性、倍率特性、电极组装效率及循环稳定性的有效提高,从而使得超级电容器的功率特性,体积性能及使用寿命得以显著提升。本研究所选用的实验材料商业可获性高、所采用的实验方法简易可行、所制备的多元纳米复合电极性能优异,具有较强的理论研究意义和商业化应用潜力。
其他文献
现今,科学技术发展迅速,越来越多的海洋资源被发现,然而,仍有超过90%的海洋资源未被探索。海洋资源的探索与开发需要先进的技术与装备,水下机器人是唯一能够深海工作的重要装备,在海洋开发中具有重要的作用。无人无缆自主式水下机器人（AUV:Autonomous Underwater Vehicle）由于其机动性好、作业范围大等特点,在海洋开发中扮演中重要的角色。AUV工作于复杂海洋环境中,其自主控制需要
本论文旨在探讨苏轼黄州时期诗歌创作样貌。在人生境况的变化下,苏轼的诗歌创作也出现转折点,内容偏向、风格特色等都“为之一变”,在整个苏诗历程上处于承上启下的作用。全文共分为五个部分进行探讨,梳理如下:第一章为绪论部分。第二章主要通过苏轼黄州时期诗歌创作,探讨诗人在贬谪中的生存状态。第一节展现苏轼由地方官到谪臣的身份转换下的心态,由幻灭、纠结到实现短暂认同。第二节论述苏轼在身份认同下寻求着消解悲剧意识
蛋鸭的生产性能受多种因素的影响,包括品种、营养和饲养管理等因素。近些年,随着网床平养模式在蛋鸭养殖中的推广与应用,蛋鸭养殖集约化和规模化程度也逐渐增加。动物群体饲养规模影响到动物的生长发育和生产性能,也是动物健康和动物福利的关键参数之一。但目前,关于群体规模大小对家禽生产性能影响的研究主要集中在蛋鸡上,对蛋鸭生产的影响还不较少。本研究拟以金定鸭作为研究对象,在饲养管理及养殖密度等条件一致的情况下,
社会网络是一种个人或集体之间为了交换信息而组成的关系网络。社会网络存在社区结构特性,网络会根据其本身的拓扑结构被划分为多个社区。社区之间是通过桥节点联系的,因此需要在桥节点中寻找关键节点,通过保护关键节点从而保障社会网络社区间的连通。本文针对社会网络社区结构特性,在社会网络中评估关键节点。论文根据社会网络的社区结构特性提出了一种基于桥节点的社会网络关键节点评估方法。本文构建了社会网络场景,并采用N
随着模式识别和人工智能领域的不断发展,人脸识别技术亦日趋成熟,而人脸表情识别与人脸识别技术息息相关,其已逐渐成为人工智能、模式识别和人类情感理解等领域的研究热点之一。传统的人脸表情识别算法依赖于人为设计的特征,算法设计周期较长且识别率有限。神经网络识别算法依赖于自身的网络架构和数据集样本训练的模型,在经过大量的人脸表情数据集训练后,识别精度较传统算法更高,但会耗用更多的计算资源且延缓网络模型训练时
本论文是在国家自然科学基金（No.51675258）资助下,针对传统的基于平行因子（Parallel Factor,PARAFAC）的盲源分离（Blind Source Separation,BSS）方法复杂度高,运行时间长的不足,提出一种自适应PARAFAC的盲源分离方法。通过仿真分析和实验来验证所提方法具有可行性。主要研究内容如下:1.传统的基于PARAFAC-BSS的多故障盲源分离方法是通过
人类为了获得电能创造了各种发电方式。利用核聚变和核裂变产生的巨大能量来发电则是当今世界各国的主要发电方式。然而这种发电方式是非常危险的,核电站内具有很强的辐射,对人体的危害极大。核电站有着大量的巡检工作需要来完成,以保证仪器的正常运转和环境的清洁。因此,巡检机器人被广泛和大量的使用来代替人类进行核电站内的巡检工作。本课题来源哈尔滨工程大学机电工程学院发展基金（代码:002070300147）。本文
近年来,复杂网络的社区发现由于可以发现隐藏在网络中的有用信息,在社交网络、电子邮件网络、引文网络和生物网络等应用领域上引起了广泛的关注。在社交网络中,社区发现可以用于预测推荐系统中用户之间的信息传播或预测行为之间的缺失环节,由于大规模的在线社交网络已经深深地融入到我们的日常生活中,从中发现有意义的社区对于各种目的的研究和应用变得至关重要。本文基于结构熵对社区结构在内聚度度量、耦合度度量、社区发现等
随着时代不断发展,人们对数据检索的效率和准确程度的关注不断提高。现实世界中数据的维度往往比较高,传统的索引方法,例如哈希索引,虽然作为一种高效的信息检索方式被广泛应用于各类信息检索系统中,但目前已经越来越难以应对复杂的情况。如何高效而且有效的进行数据检索成为热门话题。为了保证检索效率,牺牲一定的准确度来换取更高的查询效率成为一种可行的方法。近年来,随着人工智能和深度学习的发展,机器学习在越来越多的
近年来,碳材料由于其在催化、载体、储能、吸附等各个领域具有普遍的功能,受到人们的广泛关注。它们的特殊微结构,低密度和可调节的介电性能也使其成为高性能微波吸收材料的热门选择,以缓解由电磁污染引起的一系列问题。因此本论文选取金属有机骨架In/Sn-MOFs材料为前驱体制备新型多孔碳电磁波吸收材料,采用三种方法改善其吸波性能。1.本文首次将In/Sn-MOFs（Sn掺杂到In-MOFs中）直接热解制备了