中空碳納米洋蔥宏量可控制備及其超電容儲能機制研究

《中空碳納米洋蔥宏量可控制備及其超電容儲能機制研究》是依託天津大學，由趙乃勤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：中空碳納米洋蔥宏量可控制備及其超電容儲能機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙乃勤
• 依託單位：天津大學

項目摘要

超級電容器具有充電速度快，使用壽命長等優點，是新型儲能元器件的發展方向，但其能量密度與先進鋰離子電池相比還有較大差距，而制約其發展的關鍵之一是電極材料。碳納米材料的獨特結構及固有特性可望成為超電容的理想電極材料。本研究以製備具有中空碳納米洋蔥結構的超電容電極材料為目標，採用化學氣相沉積法獲得碳包覆Fe-Ni合金納米顆粒，以此為固體碳源模板，通過高溫退火原位催化生成宏量的、結構和尺寸可控的碳納米洋蔥，系統研究可控生長條件和影響因素；結合第一性原理模擬，研究碳和催化劑的相互作用，探明合金催化生成中空碳納米洋蔥的機理；通過分散及純化處理對碳納米洋蔥進行功能調控，探討影響其電容性能的關鍵因素，分析電解液離子在該電極體系中的吸附和擴散行為，建立電荷存儲模型並闡明儲能機理。該研究可望實現中空碳納米洋蔥的宏量可控制備和對其電容性能的有效調控，為獲得高能量密度的超電容電極材料提供理論指導及技術途徑。

結題摘要

超級電容器作為一種新型儲能元件具有高功率密度、充放電時間短、循環穩定性好等優勢，填補了傳統電容器和電池之間的空白，具有廣闊套用前景。碳納米材料的獨特結構及固有特性使其有望成為超電容的理想電極材料。本研究以製備具有碳納米洋蔥結構的超電容電極材料為目標，以Fe、Ni-Fe、Fe基玻璃態合金等納米顆粒為催化劑，以氧化鋁、氧化鎂、炭黑、碳布、石墨烯、三維石墨烯等為催化劑載體，採用化學氣相沉積法、水熱法等獲得不同結構、形貌的碳納米洋蔥材料，探究催化劑成分、尺寸、生長溫度、時間、氣體成分等因素對碳納米洋蔥的影響，以實現其可控制製備。系統研究碳納米洋蔥可控生長條件與形成機制，並首次開發出新型碳納米鏈材料；通過分散、純化及活化處理對碳納米洋蔥進行功能調控，探討影響其超電容性能的關鍵因素，研究其“結構-修飾-性能”間的關係，分析電解液離子在該電極體系中的吸附和擴散行為，建立合理的電荷存儲模型並闡明儲能機理。該研究實現中空碳納米洋蔥的宏量可控制備及對其電容性能有效調控，為獲得具有優良電容性能的電極材料提供理論及技術支持。