《海膽結構碳納米顆粒的設計及其在超級電容器中的套用》是依託天津理工大學，由楊正春擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：海膽結構碳納米顆粒的設計及其在超級電容器中的套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊正春
- 依託單位：天津理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬通過水熱反應、高溫熱處理和化學氣相沉積，設計製備海膽結構碳納米顆粒，並用作雙電層超級電容器的電極材料。依據雙電層原理，研究開發同時具有高比表面積、高電導率和孔徑分布合理的新型碳納米材料，對於提高超級電容器比電容、減少其等效串聯電阻具有重要作用。本項目所設計的海膽結構碳納米顆粒，其內部具有石墨化的介孔結構，表面生長有碳納米管結構。套用所製備的海膽結構碳納米顆粒製作超級電容器電極，可以在提高其電子存儲能力和電導率的同時，減少因原料之間接觸而產生的等效串聯電阻。本項目重點解決海膽結構碳納米顆粒製備過程中作為催化劑的過渡金屬的分布對介孔石墨化和碳納米管生長的影響，以及其介孔石墨化程度和表面碳納米管結構對於製作成的超級電容器電極的等效串聯電阻的影響。建立海膽結構碳納米顆粒的製備方法並套用其來提高超級電容器電極的性能。對新型碳材料的研究和超級電容器的性能提高具有重要的科學意義。
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結題摘要
為了在不損失超級電容器高功率密度的前提下，減少碳材料之間的接觸電阻，並且減少材料與集流體之間的接觸電阻，以達到提高超級電容器整體性能的目的。課題計畫以提升現有碳基材料超級電容性能以及尋求新型碳基電極材料及其複合材料為研究目的，從電極材料、電子漿料、集流體幾個方面開展了相關材料的設計合成、結構表征以及性能測試等方面的工作，逐步開展了海膽結構碳納米顆粒的製備及其在超級電容器中的性能研究，並且成功製備了海膽結構碳納米顆粒。同時，闡述了表面碳納米管分布對其電化學儲能性能的影響規律，研究表明，添加碳納米管質量與原反應物質量為1:6時，所製作的海膽結構碳納米顆粒的電化學電容性能最優。等比例增加製備原料的質量時，依然可以得到海膽結構碳納米材料。在此基礎上，研究了多孔碳/聚苯胺複合材料，硼（B）摻雜的含氮元素碳泡沫（BNCF）材料，類石墨烯材料三種碳材料的製備及其結構對電化學性能的影響規律，揭示了多孔碳孔結構、石墨化結構以及外來原子摻雜對其雙電層電化學儲能性質的影響規律。並且引入贗電容材料氧化錳，氧化鎢/硫化鎢，闡述了過渡金屬氧化物作為贗電容材料，與碳基雙電層材料的協同作用，增強超級電容器的比電容和倍率特性。同時，在研究中發現了新的科學問題——超級電容器漏電流問題。結合電路理論，為了有效降低超級電容器漏電流，結合對第四類電子元器件——憶阻器（阻變存儲器）的研究，開展了超級電容器/憶阻器複合器件的研究，並得到了初步的研究成果。圍繞項目研究，在國內外學術期刊（Applied Surface Science, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, Journal of Materials Chemistry C, Surface & Coatings Technology, ACS Applied Materials & Interfaces, 中國物理B等）上共發表研究論文20篇，申請發明專利5項。在項目執行期間，共培養了9名碩士研究生（其中包括天津市薄膜電子與通信器件重點實驗室的其他合作者的研究生），其中5名已經順利畢業。4名在讀。並且在讀研究生張洪浩獲得2018年碩士研究生國家獎學金。
