生物基活性炭的制备及其超级电容性能研究

发布时间：2017-11-05 18:30

  本文关键词：生物基活性炭的制备及其超级电容性能研究

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【摘要】：随着全球电子通讯设备、汽车等行业的不断发展以及不可再生化石能源面临日益枯竭的严峻形势,寻找环境友好和可持续的能源储存和转换设备来满足日益增长的能源需求是当前科学研究的热点话题。超级电容器作为一种新型的电化学能源存储装置近年来备受人们的关注,与传统静电电容器相比,超级电容器具有更大的能量密度和比容量;而与电池相比,又具有更大的功率密度、高的充放电效率和长的循环寿命等优势。根据电极材料可将超级电容器大致分为:碳基、导电聚合物基、金属氧化物基及混合型超级电容器;金属氧化物和导电聚合物由于存在导电性差和循环稳定性的问题难于广泛应用;碳材料由于绿色环保和使用寿命长的优点而得到广泛应用,成为较理想的超级电容器电极材料。由可持续的生物质原料制备的活性炭材料因其原料来源丰富、制备简单、成本低廉和工作温度范围宽等优点尤为受到研究者们关注。现今各国都在研发高能量密度和功率密度的碳电极材料,再运用合适的电解液,从而制造出高性价比的超级电容器。基于以上事实,本研究以β-环糊精(β-CD),葡萄糖(G)和豆腐渣这些生物原料为碳源,通过水热、碳化及活化等制备过程制得相应的生物基活性炭材料,然后将其制成超级电容器电极,分别用KOH和铜离子作电解液组装超级电容器,进行电化学性能的测试,主要内容如下:1.以β-CD和G为双碳源,通过水热、碳化和一步活化的方法制得双碳源基活性炭材料(β-CD@G)。用正交实验和条件实验探索了β-CD@G基活性炭的最佳合成条件。结果表明:在0.5 A g-1的电流密度时6 M KOH电解液中,比容量可高达254 F g-1。且在1 A g-1电流密度时经1000次循环后,比容量保留率为73.1%。2.以豆腐渣为碳源,通过水热、碳化以及二段活化的方法制备了一种豆腐渣基多孔活性炭材料(BDACG),并将其用作超级电容器电极,以KOH为电解液组装超级电容器,并对材料的物理性能及其电化学性能进行测试。研究表明:在0.5 A g-1电流密度时,比容量可高达210 F g-1,且在电流密度为1 A g-1时经5000次循环后比容量仍能为首次的95.1%。3.本章以上章所制备的BDACG材料为电极,结合铜离子氧化还原电解液,制备了一种具有优异电化学性能的豆腐渣基活性炭/铜离子超级电容器。同时对BDACG电极在铜离子氧化还原电解液中的电化学性能进行了系统地研究。研究结果表明:在2M CN+NN铜离子氧化还原电解液中电流密度为1 A g-1时,比容量能够高达492 F g-1,且经10000次循环后比容量保留率仍能达84.1%。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ424.1;TM53

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