用于超级电容器活性炭材料的制备及研究

发布时间：2017-05-08 10:05

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【摘要】：双电层超级电容器因其具备快速充电、高功率密度、长的循环寿命等特点使其受到广泛关注,双电层电容器储能机理是电解质离子吸附在电极材料的微孔内,电极/电解质界面形成电荷分离,形成电势差。因此,高比表面积和适合电解质离子大小的小孔隙是非常必须的对于双电层超级电容器。活性炭因其具备成本低、来源广、比表面积大等特点一直被广泛的用于超级电容器电极材料。本文以柳树叶为碳源,氯化锌为活化剂,通过一步热解法,在N2保护下于700-900℃碳化2 h,制备多孔活性炭,表现出良好的电化学性能。活性炭的比表面积随着碳化温度的升高而增加。当柳树叶与氯化锌的质量比为1:1,碳化温度为900℃时,制备的活性炭AC-1-900存在最大的比表面积1065 m2g-1,在比电流为0.1 Ag-1时,它的比电容达到了228 Fg-1。在循环1000次后,电容保留率仍能达到97%,表明样品AC-1显示出优良的稳定性作为超级电容器电极材料。我们提供了一种简单的、可调节的制备高微孔结构的碳纳米片方法。这种方法是:氯化钠作为水溶性模板来制备碳纳米片,然后用氢氧化钾作为化学活化剂来制造微孔结构。这种方法制备的多孔碳纳米片其厚度小于100 nm,平均微孔孔径小于1 nm。这种薄的碳纳米片不仅提供了短的离子运输通道,而且这些微孔能够容纳电解质离子。正如所预期的一样,制备的多孔碳纳米片PCNS-3拥有大的比表面积(2266.6 m2 g-1)和合适的微孔尺寸为0.8 nm,这些特殊的结构提供了短的离子运输通道,使材料具有高电化学性能。样品PCNS-3在比电流为0.1 Ag-1时比电容达到了385 Fg-1,比电流为30 Ag-1时比电容仍能达到218 Fg-1。它也表现出杰出的循环稳定性,在连续循环3000次后,电容保留率达到96.1%。这些结果表明制备的多孔碳纳米片是杰出的候选人作为高性能超级电容器电极材料。
【关键词】：超级电容器 活性炭 碳纳米片 活化剂
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM53
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 超级电容器概述10-15
• 1.2.1 超级电容器的发展历史11
• 1.2.2 超级电容器的分类及工作原理11-14
• 1.2.3 超级电容器的应用前景14-15
• 1.3 超级电容器的电极材料15-17
• 1.3.1 碳材料16
• 1.3.2 金属氧化物16-17
• 1.3.3 导电聚合物17
• 1.4 超级电容器的碳基材料17-21
• 1.4.1 活性炭17-19
• 1.4.2 碳纳米管19
• 1.4.3 模板碳19-20
• 1.4.4 碳基复合材料20-21
• 1.4.5 其他碳结构21
• 1.5 本文的研究意义以及主要研究内容21-23
• 第二章 实验方法23-32
• 2.1 实验试剂及仪器23-25
• 2.1.1 实验试剂23
• 2.1.2 实验仪器23-25
• 2.2 样品的制备25-26
• 2.2.1 生物质活性炭的制备25
• 2.2.2 模板法制备高性能活性炭25-26
• 2.3 电极的制备26-27
• 2.4 性能测试与表征27-28
• 2.4.1 XRD分析27
• 2.4.2 拉曼光谱分析27
• 2.4.3 电镜分析27
• 2.4.4 N2吸附脱附分析27-28
• 2.5 电化学性能测试方法及原理28-32
• 2.5.1 循环伏安测试29-31
• 2.5.2 恒电流充放电测试31
• 2.5.3 交流阻抗分析31
• 2.5.4 循环寿命测试31-32
• 第三章 生物质活性炭的制备及电化学性能的研究32-39
• 3.1 引言32
• 3.2 实验部分32-34
• 3.2.1 材料的制备32-33
• 3.2.2 材料的性能表征33-34
• 3.3 结果与讨论34-38
• 3.3.1 物理性能分析34-36
• 3.3.2 电化学性能分析36-38
• 3.4 结论38-39
• 第四章 模板法制备多孔碳纳米片用于超级电容器电极的研究39-53
• 4.1 引言39-40
• 4.2 实验部分40-42
• 4.2.1 制备多孔碳纳米片40
• 4.2.2 材料的结构表征40-41
• 4.2.3 电化学性能测试41-42
• 4.3 结果与讨论42-52
• 4.3.1 材料的物理性能分析42-47
• 4.3.2 电化学性能表征47-52
• 4.4 结论52-53
• 第五章 结论53-54
• 参考文献54-64
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文情况64-65
• 致谢65-66

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本文编号：350920