废弃人造板基含氮复合电极材料电性能研究

发布时间：2017-10-17 13:19

  本文关键词：废弃人造板基含氮复合电极材料电性能研究

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【摘要】：超级电容器是一种具有较大比功率密度的电化学储能装置,它是目前填补蓄电池和传统电容器之间空白的重要器件,在新能源相关领域有很大的发展前景。而活性炭是已经商业化的用于超级电容器的重要的电极材料。随着超级电容器的日益发展,可通过对活性炭电极材料的多孔结构调控和表面化学调控来改善其电化学性能,为了进一步发展高性能超级电容器电极,本文研究了基于废弃人造板的高性能炭电极的制备工艺和改性方法,并深入探究了样品基本性质与其电化学性能之间的关系。以废弃刨花板为原料,KOH为活化剂在不同活化温度和活化剂用量的条件下制得一系列不同制备条件的含氮活性炭。其中,在碱炭比为3,活化温度为800℃下制得的活性炭样品比表面积(1204m2/g)和氮含量(2.07wt.%)较为均衡,表现出最高的质量比电容,在电流密度0.05 A/g下测得的比电容量为181 F/g,这主要归因于双电层电容和法拉第赝电容的协同作用。另外,氧、氮共掺杂活性炭是用磷酸对上述废弃人造板基含氮活性炭做了进一步的改性处理,经4 M H3PO4处理的样品比表面积(1360 m2/g)虽然比经2 M H3PO4处理的样品比表面积(1433 m2/g)小,但其具有更大的质量比电容(235 F/g)。因为表面化学特性尤其是含氧、含氮官能团对改善电容性能和电解质离子对孔隙的利用率极为重要。最后,多孔活性炭-石墨烯复合物是由氧化石墨烯和炭化物的混合物在KOH活化作用中经800℃高温热解所得。氧化石墨烯与炭化物的质量比、KOH的用量对复合物的基本性质和电化学性能都产生很大的影响,结果表明当炭化物与氧化石墨烯用量比为4,KOH与炭化物、氧化石墨烯质量之和比为4时制得的活性炭-石墨烯复合物具有最佳的电化学性能,以此作为对称超级电容器电极,在7 M KOH电解液中,电流密度0.05 A/g下测得的比电容量为213 F/g。
【关键词】：废弃人造板 超级电容器 活性炭 石墨烯
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM53
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1. 绪论9-25
• 1.1 引言9-10
• 1.2 废弃木质资源的利用现状10-11
• 1.2.1 我国废弃木质资源的现状10
• 1.2.2 国内外废弃木质资源的利用进展10-11
• 1.3 超级电容器11-13
• 1.3.1 超级电容器的工作原理11-12
• 1.3.2 超级电容器的分类12-13
• 1.4 超级电容器电极材料的研究进展13-15
• 1.4.1 炭材料13-14
• 1.4.2 金属氧化物14
• 1.4.3 导电聚合物14-15
• 1.5 活性炭15-19
• 1.5.1 活性炭的制备原料15-16
• 1.5.2 活性炭的制备方法16-17
• 1.5.3 活性炭用作超级电容器电极材料的研究进展17-18
• 1.5.4 活性炭掺杂氮、氧的方法及意义18-19
• 1.6 石墨烯19-22
• 1.6.1 石墨烯的制备方法20-21
• 1.6.2 石墨烯作为超级电容器电极材料的研究进展21-22
• 1.7 本课题的研究内容及意义22-25
• 1.7.1 研究意义22-23
• 1.7.2 研究内容23-25
• 2. 实验内容与表征方法25-33
• 2.1 实验材料与仪器设备25-27
• 2.1.1 实验原料25
• 2.1.2 组装电容器所用材料25
• 2.1.3 制备石墨烯所用材料25-26
• 2.1.4 其他实验试剂26
• 2.1.5 主要仪器设备26-27
• 2.2 活性炭的制备27
• 2.2.1 工艺流程27
• 2.2.2 废弃人造板基活性炭的制备27
• 2.3 活性炭性质的测试与表征27-29
• 2.3.1 元素分析27-28
• 2.3.2 X-射线光电子能谱分析28
• 2.3.3 比表面积和孔径分布曲线分析28
• 2.3.4 扫描电镜表面形态分析28
• 2.3.5 X-射线衍射分析28-29
• 2.3.6 拉曼光谱分析29
• 2.4 活性炭电极制备及电容器组装29-30
• 2.4.1 活性炭电极制备29
• 2.4.2 超级电容器装配29-30
• 2.5 电容器电极电化学性能测试30-33
• 2.5.1 恒流充放电测试30
• 2.5.2 循环伏安测试30-31
• 2.5.3 交流阻抗测试31-33
• 3. 废弃人造板基活性炭电极材料的制备与电性能研究33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 实验内容33-34
• 3.2.1 废弃人造板基活性炭的制备33-34
• 3.2.2 废弃人造板基活性炭电极的制备34
• 3.2.3 超级电容器装配34
• 3.2.4 表征分析方法34
• 3.3 结果与讨论34-44
• 3.3.1 多孔结构表征34-36
• 3.3.2 表面化学分析36-38
• 3.3.3 电化学性能38-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4. 氧、氮共掺杂活性炭电极材料的制备与电性能研究45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 实验内容45-46
• 4.2.1 氧、氮共掺杂活性炭的制备45-46
• 4.2.2 氧、氮共掺杂活性炭电极的制备46
• 4.2.3 超级电容器装配46
• 4.3 结果与讨论46-57
• 4.3.1 微观形貌与结构表征46-49
• 4.3.2 表面化学分析49-53
• 4.3.3 电化学性能53-57
• 4.4 本章小结57-59
• 5. 活性炭-石墨烯复合电极材料的制备与电性能研究59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 实验内容59-61
• 5.2.1 氧化石墨烯的制备59-60
• 5.2.2 活性炭-石墨烯复合材料的制备60
• 5.2.3 活性炭-石墨烯复合电极的制备60-61
• 5.2.4 超级电容器装配61
• 5.3 结果与讨论61-67
• 5.3.1 微观形貌表征61-62
• 5.3.2 物化性质表征62-64
• 5.3.3 电化学性能64-67
• 5.4 本章小结67-69
• 6. 结论、创新点及建议69-71
• 6.1 结论69
• 6.2 创新点69-70
• 6.3 建议70-71
• 参考文献71-81
• 个人简介81-83
• 导师简介83-85
• 获得成果目录清单85-87
• 致谢87

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本文编号：1049061