煤基活性炭孔结构调控及超级电容高体积储能特性研究

发布时间：2023-07-25 03:54

　　超级电容器因为其具有较高的功率密度、快速充电的能力,被广泛应用于大功率供电场合上;基于其高功率密度优点,提升超级电容的能量密度是国内外研究重点。近十几年来,超级电容器能量密度的提升研究多数集中在其质量能量密度上,随着电动汽车的兴起和人们对与便携性供能需求的增加,有限空间高能量密度(即体积能量密度)的实现迫切需求。碳基电极材料是超级电容的重要组成,在维持其质量能量密度的同时,孔隙结构的优化和电极密度的提升是实现体积能量密度增强的关键。煤炭是大储量、含碳量高的天然碳源,由其通过物理或化学活化制备得到的活性炭材料由于比表面积高、孔隙结构可调,是超级电容电极材料的重要选择,开发高能量密度/功率密度的煤基活性炭是协同提升煤炭资源利用价值、发展高性能超级电容储能器件的重要方向。本文以实现煤基活性炭的超级电容体积能量密度为核心关注,深入探究了典型活化及后处理工艺对煤基活性炭孔结构及电极密度的深度调控方法,研究了煤基活性炭孔结构配组对超级电容致密储能特性的影响。本文首先工作以准东煤为碳前体,通过水蒸气一步催化活化的方法,通过控制活化温度、时间、催化剂制备了不同孔隙配组的多孔活性炭,研究了不同孔隙结构活...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 超级电容器的工作原理及需求
        1.2.1 超级电容的工作原理及特点
        1.2.2 超级电容的机遇与挑战
    1.3 碳基电容碳材料研究进展
        1.3.1 碳基电极材料的种类及发展趋势
        1.3.2 煤基活性炭种类及发展趋势
    1.4 碳基电极体积储能特性研究现状
        1.4.1 多孔碳孔隙结构优化
        1.4.2 多孔碳表面改性优化
        1.4.3 机械化学诱导多尺度结构优化
    1.5 本文主要研究内容
第2章 煤基活性炭的制备及性能表征和测试方法
    2.1 实验原料及设备
    2.2 活性炭制备方法
        2.2.1 基于物理活化的煤基活性炭制备方法
        2.2.2 基于化学活化的煤基活性炭制备方法
        2.2.3 基于机械化学的活性炭材料处理方法
    2.3 活性炭结构及孔隙测试方法及储能特性评价
        2.3.1 活性炭结构及孔隙测试方法
        2.3.2 活性炭密度及电极密度测定
        2.3.3 活性炭电极制作及测试
    2.4 本章小结
第3章 基于催化活化的活性炭孔结构调控及其体积能量特性
    3.1 引言
    3.2 活性炭碳形貌及孔隙结构分析
    3.3 活性炭的超级电容储能特性分析
        3.3.1 活性炭电化学性能分析
        3.3.2 比表面积利用率影响分析
    3.4 本章小结
第4章 基于机械化学的活性炭结构优化及其体积能量特性
    4.1 引言
    4.2 球磨过程对活性炭的多尺度结构影响规律
        4.2.1 球磨对活性炭理化结构的影响
        4.2.2 活性炭超级电容储能性能分析
    4.3 基于离散元的球磨运动规律研究
        4.3.1 行星球磨机工作原理
        4.3.2 球磨仿真关键模形及参数设置
        4.3.3 球磨运动过程数学分析
    4.4 本章小结
结论
    未来工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3837112