【摘 要】
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随着全球经济的快速发展,能源危机和环境污染已成为摆在世界各国面前的紧迫问题。为了清洁和可再生能源的有效利用,世界对储能设备有着巨大的内部需求,因此,超级电容器成为了近年来能源存储领域的热门研究方向之一。电极材料的研究是对超级电容器性能进行改良和优化的一个关键点,其中氮化钒是研究最为广泛的一种典型的电极材料,但是在实际应用时仍然存在以下问题:（1）氮化钒作为电极材料理论比电容高,但是在实际应用过程中
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随着全球经济的快速发展,能源危机和环境污染已成为摆在世界各国面前的紧迫问题。为了清洁和可再生能源的有效利用,世界对储能设备有着巨大的内部需求,因此,超级电容器成为了近年来能源存储领域的热门研究方向之一。电极材料的研究是对超级电容器性能进行改良和优化的一个关键点,其中氮化钒是研究最为广泛的一种典型的电极材料,但是在实际应用时仍然存在以下问题:（1）氮化钒作为电极材料理论比电容高,但是在实际应用过程中受限于其利用率较低,电极材料的实际比电容较低。（2）氮化钒在不同的电解液中显示出不同的比电容,在碱性电解液中比电容较高,但是在碱性电解液中易产生电化学氧化溶解的现象,导致循环稳定性较差。本论文通过对氮化钒电极材料进行设计以及在超级电容器应用时的电化学性能进行调控,构筑了几种高性能的氮化钒电极材料。主要研究内容如下:1、采用水热法,以五氧化二钒和三聚氰胺分别为钒源和碳源,并在氮气气氛下进一步进行热处理成功制备了氮化钒/碳纳米纤维复合材料,并探究了不同钒含量和不同碳化温度对氮化钒/碳复合电极材料的形貌和电化学性能的影响。样品VN/C-0.5的形貌结构和电化学性能为最优,在电流密度为1Ag-1下比电容为267Fg-1,在5Ag-1的电流密度下10000次循环后,容量保持率为66.5%。2、以三聚氰胺和甲醛反应的聚合物为碳源,偏钒酸铵为钒源,在水热条件下反应,进一步在氮气气氛下程序升温碳化制备了氮化钒/碳纳米球复合材料,并探究了不同原料比和不同碳化温度对材料的形貌和电化学性能的影响。样品VN/C-0.45为形貌均匀的纳米球且具有较高的比电容,在1Ag-1的电流密度下比电容为300Fg-1,在5Ag-1的电流密度下循环10000圈后,VN/C-0.45的比电容保持率仍为81.2%,由此看出电极材料具有良好的循环稳定性。3、以乙酰丙酮氧钒为钒源,以三聚氰胺和甲醛反应的聚合物为碳源,经过机械混合后将其充分混合,在水热条件下反应,进一步在氮气气氛下程序升温碳化得到珊瑚状氮化钒/碳纳米复合材料,初步探讨了不同原料比对于电化学性能的影响,同时研究了不同碳化温度和碳化气氛对于氮化钒/碳纳米复合材料的结构、元素组分和电化学性能的影响。样品VN/C-0.35产物为形貌均匀的珊瑚状结构且具有较高的比电容。在1Ag-1的电流密度下比电容为385Fg-1,在5Ag-1的电流密度下循环10000圈后,VN/C-0.35的比电容保持率仍为88.9%,适量的VN较为均一的嵌在碳基质中防止氮化钒在碱性电解液中发生电化学氧化,其电化学性能较好且具有优异的循环稳定性。
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