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氮化铌负极材料的优化制备及其混合超级电容器性能研究的开题报告
一、选题背景和意义
随着社会的快速发展和科技水平的提高，流动能源的需求越来越大，尤其是移动电子设备和新能源汽车的兴起，对高能量密度、高功率密度和长寿命的电源设备需求日益增加。传统的储能器件发展受到多种因素制约，无法满足自动化、智能化、快速充放电等性能要求，混合电容器作为一种具有高功率密度、长寿命、快速充放电等优势的储能器件备受关注。
混合超级电容器是一种基于电化学双层电容器和伏安型电化学储能器件的新型能量储存体系，其为半电化学能量存储器件，主要由负极材料、正极材料、电解液和隔膜组成。其中，负极材料的性能对混合电容器的能量密度和功率密度具有重要影响。目前，常用的超级电容器负极材料主要有活性炭、金属氧化物和导电高分子材料，但这些负极材料普遍存在容量较小、充放电速度慢、循环寿命短等问题。因此，如何研究一种高容量、高充放电速度和高循环稳定性的新型负极材料对于混合电容器的性能提升至关重要。
氮化铌作为一种新型负极材料，具有较高的电容量、较低的内阻和优异的循环稳定性，能够满足混合超级电容器的多种性能需求。虽然已有研究证明氮化铌作为负极材料可以有效提高混合超级电容器的电容量和循环寿命，但氮化铌负极材料的制备工艺和性能表现还存在一定的瓶颈。
因此，本文旨在探索具有优异性能的氮化铌负极材料的制备方法并研究其在混合超级电容器中的电化学性能，以期为混合电容器的性能提升提供一定的理论和实践依据。
二、研究内容和拟解决的问题
2.1研究内容：
本文拟研究氮化铌负极材料的制备方法与性能表现，系如下：
(1)性能优化制备方法的探究：利用溶剂热法、高温煅烧法、水热法等多种制备方法对氮化铌负极材料进行优化制备，研究制备过程对材料电化学性能的影响规律。
(2)结构和性能表征：通过X射线衍射、扫描电子显微镜等表征手段对不同制备方法下所得氮化铌负极材料的结构与微观形貌进行表征，并测试材料的电容特性、循环稳定性等。
(3)混合电容器电化学性能测试：研究氮化铌负极材料在混合超级电容器中的电化学性能，包括容量、功率密度、能量密度和循环寿命等。
2.2拟解决的问题：
(1)对于氮化铌的制备方法进行系统研究，找到一种低成本、高效率，且对材料性能影响较小的制备方法，为混合超级电容器的实际应用提供新型负极材料。
(2)对氮化铌的结构与性能进行深入的表征，探究其内在物理化学性质。
(3)筛选出性能优异的氮化铌负极材料并制备混合超级电容器，在不同电流密度下对器件的电化学性能进行测试，研究其能量密度、功率密度、循环寿命等指标的表现规律，为混合超级电容器的实际应用提供理论依据。
三、预期成果
(1)探究氮化铌负极材料的不同制备方法，找到一种适合工业化大规模制备的方法。
(2)研究氮化铌负极材料的结构和性能，探究其内在物理化学性质。
(3)制备性能优异的混合超级电容器，提高其容量、功率密度和循环寿命等指标。
(4)为混合超级电容器的应用提供应用于实际产业、具有开发潜力的新型负极材料。
四、研究方法和技术路线
4.1研究方法：
1.材料制备：采用溶剂热法、高温煅烧法及水热法等制备氮化铌材料以及混合电容器的制备。
2.材料表征：采用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、电化学工作站等进行材料性能测试。
3.数据分析：采用matlab软件对实验数据进行处理和分析。
4.2技术路线：
1.氮化铌材料制备：探究氮化铌的制备方法，寻找低成本、高效率的制备方法。
2.材料表征：分别对所制备的氮化铌材料进行X射线衍射、扫描电子显微镜等表征，并测试其电化学性能。
3.混合电容器的制备：基于氮化铌材料的性质，制备混合超级电容器。
4.混合电容器电化学性能测试：对氮化铌负极材料制备的混合超级电容器进行电化学性能测试，并对测试结果进行分析和比较，探究氮化铌在混合电容器中的电化学性能规律。
五、已有进展？
目前已经进行了氮化铌材料制备的初步实验，采用了溶剂热法制备氮化铌，并对所得样品进行了X射线衍射、扫描电子显微镜等常规表征手段，测试了其在混合超级电容器中的电化学性能。结果表明，所制备氮化铌材料具有良好的循环稳定性和电容性能，具有广阔的应用前景。