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摘要：本文通过化学气相沉积法制备出硫掺杂的Fe@C核壳结构，经过酸处理，得到硫掺杂石墨纳米笼。由恒流充放电曲线计算得比电容，电流密度分别为电流密度分别为0.1、0.2、0.5、1 A/g时，本材料计算得比电容分别为113，107，83，78 F/g。由循环伏安曲线计算得比电容103 F/g（10mv/s），89 F/g（20 mv/s），91 F/g（50 mv/s），86 F/g（100 mv/s），80 F/g（200 mv/s）；本材料使用寿命长，稳定性良好。表现出的电化学性能，相较与开孔的石墨纳米笼稍有不足。31966
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毕业论文关键词：石墨碳纳米笼；超级电容器；硫掺杂
Investigation on preparation of sulfur-doped graphitic nanocages for supercapacitor application
Abstract:In our experiment, surful-doped Fe@C core-shell nanoparticles were prepared by chemical vapor deposition. After acid-treatment of the nanoparticles, surful-doped graphitic nanocages (GNCs) were synthesized. According to galvanostatic charge-discharge measurements, the specific capacitance of our materials are 113 (0.1A/g), 107 (0.2A/g), 83 (0.5A/g), 79 (1 A/g) F/g, respectively. The specific capacitance of our materials calculated from cyclic voltammetry (CV) are 103 F/g (10 mv/s), 89 F/g (20 mv/s), 91 F/g (50 mv/s), 86 F/g (100 mv/s), 80 F/g (200 mv/s), respectively. The stability performance of our materials was evaluated at a constant charge-discharge current of 1.0 A g-1 for 500 cycles, which demonstrated a good stability. Al those results suggest the prepared sulfur-doped GNC sample performs more poorly than GNC sample with high pore volume and specific surface area.
Keywords：graphitic nanocages, supercapacitor, sulfer-doping
目录
1绪论1
1.1 超级电容器的研究背景. 2
1.2 超级电容器简介.2
1.3 超级电容器的分类.3
1.4 超级电容器的储能机理.3
1.4.1 双电层电容器储能机理.3
1.4.2 赝电容器原理.5
1.5 超级电容器的特点.5
1.6 超级电容器的应用. .6
1.6.1 消费电子.6
1.6.2 电动汽车和混合电动汽车.7
1.6.3 电力系统.7
1.6.4 军事领域.8
1.7 应用于超级电容器的碳材料.8
1.7.1活性炭粉末.8
1.7.2 碳气凝胶.9
1.7.3 碳纳米管.9
1.7.4碳纳米笼10
1.7.5 碳纳米材料制备.11
1.8 研究意义.12
2实验14
2.1 实验原理.14
2.1.1 充放电原理.14
2.1.2 循环伏安法原理.14
2.1.3 交流阻抗法原理.14
2.2 实验仪器和原料.14
2.2.1 实验仪器.14
2.2.2 实验原料.14
2.3 实验步骤.15
2.3.1 实验流程图.15
2.3.2 交流阻抗法.15
3实验结果与讨论16
3.1 充放电曲线和比电容计算16
3.2循环伏安曲线分析及比容计算.17
3.3交流阻抗曲线分析.19
4结论21
4.1充放电测试结果讨论.21
4.2CV循环曲线测试结果讨论.21
4.3交流阻抗曲线分析讨论.21
5参考文献22
致谢.24
第一章 绪论
随着气候的变化和地球上化石燃料在使用过程中带来的严重污染以及化石燃料的不断减少，人们不断地去探寻可持续再生的清洁能源。随着科学的发展和人们认识的提高，我们发现并利用了太阳能与风能等这些可再生能源，以及电动汽车的发展或是有低二氧化碳排放的混合动力电动汽车的发展。但是因为晚上没有太阳光照射，风也不是随人们所愿随时可以有，而人们都希望汽车可以有几小时的能量而不停止工作，因此在生活生产中能量储存开始变的举足轻重。经过科学家不断努力，目前有了电能存储系统，比如电池和电化学电容(Electrochemical capacitors)[1]。
超级电容器是一种性能介于传统电容器和化学电池之间的新型储能元件，具有比传统电容器更高的能量密度及比普通电池更高的功率密度和更长的循环寿命。很有希望成为下个世纪新型的绿色能源。本文对储能系统进行了简要概述，对各种储能技术及其特点进行了说明，针对各种储能技术的特性，引入超级电容器蓄电池混合储能概念。对超级电容器蓄电池混合储能系统的主体—超级电容器，国内外的研发现状进行了简要归纳。列举美、欧等国家和地区储能技术的发展趋势。为了阐述超级电容器蓄电池混合储能系统的优良特性，本文对超级电容器和蓄电池的工作原理及特性分别进行了分析。通过等效模型重点分析了超级电容器的充放电特性、串联均压和蓄电池的充放电特性、充放电方法等。本文对直接并联式、通过电感连接及通过二极管连接的无源混合储能系统的结构进行了研究。并分析了通过功率变换器并联的有源混合储能系统 6 种典型DC/DC 变换器拓扑结构。为了验证混合储能系统的特性，本文重点进行了 BUCK型有源式混合储能系统在独立光伏发电系统中应用和 Buck-Boost 型有源式混合系统在风光互补发电系统中的应用两个实验。通过实验得出将超级电容器与蓄电池通过功率 DC/DC 变换器匹配，可以将超级电容器高功率密度的优点和蓄电池高能量密度的优点充分结合起来，使之不仅可以提供多次高倍率电流所需的高能量密度，又可以承受高倍率脉动电流的冲击。通过应用分析表明 DC/DC 变换器的并联结构具有非常好的实用性。本文重点对直接并联式无源混合储能系统、通过连接二极管的无源混合储能系统、通过连接电感的无源混合储能系统及有源混合储能系统分别建立模型，并进行了仿真实验。仿真与实验结果表明，混合储能系统在输入脉动、负载脉动的情况下能够使蓄电池工作环境优化、放电循环减少，从而避免蓄电池深度放电，延长蓄电池使用寿命。