超级电容器用竹笋壳基活性炭材料的制备及其性能研究

发布时间：2017-03-23 23:15

  本文关键词：超级电容器用竹笋壳基活性炭材料的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：活性炭材料具有良好的化学和热稳定性,高的比表面积,易于制备以及成本相对低等特点,因而成为了双电层电容器的首选电极材料,并广受研究者们的偏爱。然而,传统活性炭材料的制备多采用煤炭、石油以及木材等作为原料,伴随而生的负面环境问题使其受到制约。因此,采用废弃生物质作为原料制备活性炭材料,备受关注。本论文寻找到一种产量丰富、再生周期短的废弃生物质竹笋壳作为原料,经过碳化、活化处理,成功制备出新型竹笋壳基活性炭材料,并且进一步研究了活化方式对竹笋壳基活性炭材料的物理和电化学性能的影响。本论文的主要研究内容如下:(1)将竹笋壳在600?C下碳化3 h后,使用不同剂量的KOH活化,进一步活化处理竹笋壳基炭材料,得到了孔径更大、比表面积更高的竹笋壳基活性炭材料。经过KOH活化处理后,能有效提升材料的性能,并且随着KOH剂量的增加,竹笋壳基活性炭材料的比表面积、电化学性能均得到提升,当KOH与竹笋壳基炭材料质量比等于5时,制备了性能最好的竹笋壳基活性炭材料(BSSDAC-5)。所制备的BSSDAC-5比表面积高达3408 m2 g-1,孔径尺寸为2.52nm。在1 A g-1时的比电容高达308 F g-1,且10000次循环后容量保持率高达97.4%。(2)分别采用ZnCl2、H3PO4、K2CO3和KOH作为活化剂,一步碳化、活化法制备竹笋壳基活性炭材料,并研究活化方式对所制备材料的孔结构以及电化学性能的影响。通过比较,所制备的竹笋壳基活性炭材料均能得到不错的效果:ZnCl2活化在600?C下最好,比表面积可达到1697 m2 g-1;H3PO4活化在700?C下最有效,比表面积可达到1260 m2 g-1;K2CO3和KOH活化在900?C下效果最佳,比表面积分别可达到1800 m2 g-1和2109 m2 g-1。AC-ZnCl2-600,AC-H3PO4-700,AC-K2CO3-900和AC-KOH-900在1 A g-1下测得的比电容分别为252 F g-1,211 F g-1,273 F g-1和288 F g-1。AC-KOH-900无论是比表面积还是比电容都取得了最佳的效果,其循环性能良好,10000次后比电容保持率达到94.4%。(3)将优选的竹笋壳基活性炭材料(BSSDAC-5和AC-KOH-900)制备成电极,并采用1 M LiPF6/(EC+DMC)作为电解液组装有机系超级电容器进行性能表征,研究两种材料在有机体系中的电化学性能。BSSDAC-5和AC-KOH-900均表现出很好的电容特性,在5 mV s-1下,AC-KOH-900样品的比电容可达到105 F g-1,而BSSDAC-5样品的比电容高达156 F g-1。并且,AC-KOH-900和BSSDAC-5具有较高的能量密度,其最大能量密度分别可达到33.2 Wh kg-1和47.5 Wh kg-1。此外,BSSDAC-5和AC-KOH-900的循环稳定性很好,在1 A g-1下,充/放电10000次后,其比电容保持率仍可达90%以上。
【关键词】：超级电容器 活性炭 废弃生物质 竹笋壳 活化方式
【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】：TQ127.11;TM53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 概述10-15
• 1.2.1 超级电容器的分类10-11
• 1.2.2 超级电容器的储能机理11-13
• 1.2.3 超级电容器发展历程13
• 1.2.4 超级电容器的优势13-14
• 1.2.5 超级电容器的应用14-15
• 1.3 超级电容器电极材料15-19
• 1.3.1 炭材料15-18
• 1.3.2 金属氧化物18
• 1.3.3 导电聚合物18-19
• 1.3.4 复合材料19
• 1.4 超级电容器电解液19-20
• 1.5 活性炭材料的发展20-21
• 1.6 本论文的研究意义与主要研究内容21-23
• 第2章 实验仪器药品以及测试方法23-32
• 2.1 主要试剂和仪器23-24
• 2.1.1 主要试剂23
• 2.1.2 主要仪器23-24
• 2.2 超级电容器电极材料物理性能的表征24-27
• 2.2.1 热重分析24
• 2.2.2 X-射线衍射分析24-25
• 2.2.3 比表面和孔结构分析25-26
• 2.2.4 扫描电子显微镜分析26
• 2.2.5 透射电子显微镜分析26-27
• 2.3 超级电容器电化学性能测试方法及原理27-31
• 2.3.1 循环伏安测试27-28
• 2.3.2 交流阻抗测试28-29
• 2.3.3 恒电流充/放电测试29-31
• 2.3.4 循环寿命测试31
• 2.4 电极的制备和超级电容器的组装31-32
• 第3章 竹笋壳基活性炭材料的制备及其超级电容性能研究32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 实验32-33
• 3.2.1 材料合成32-33
• 3.2.2 电化学性能测试33
• 3.3 结果与讨论33-40
• 3.3.1 结构分析33-36
• 3.3.2 电化学性能分析36-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 活化方式对竹笋壳基活性炭材料的结构及电容性能的影响42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 实验42-43
• 4.2.1 材料合成42-43
• 4.2.2 电化学性能测试43
• 4.3 结果与讨论43-51
• 4.3.1 结构分析43-48
• 4.3.2 电化学性能分析48-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 竹笋壳基活性炭在有机电解液中的电容特性研究52-59
• 5.1 引言52
• 5.2 有机系电容器的电容性能测试与分析52-58
• 5.3 本章小结58-59
• 第6章 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 个人简历68-69
• 硕士期间公开发表的论文69

  本文关键词：超级电容器用竹笋壳基活性炭材料的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：264742