生物质碳基超级电容器电极材料制备及性能

发布时间：2017-08-05 12:02

  本文关键词：生物质碳基超级电容器电极材料制备及性能

  更多相关文章： 超级电容器 多孔碳 生物质 磷/硫掺杂 KOH活化 比容量

【摘要】：超级电容器是处于传统化学电池和常规静电电容器两者之间的一种储能原件,其具备较高的比容量、较大的功率密度、较宽的运行温度范围、循环寿命长、可以快速充放电且环境无污染等特性,现如今在电动汽车、能源、化学电子器件等领域有着非常普遍的应用。具有极大比表面积的多孔碳的制作成本较低而且其电化学性能非常优异,近年来逐渐成为了研究人员的广泛使用的一种用于制备超级电容器电极的材料。生物质是来自于大自然可循环利用可开发可再生的碳载体。葡萄糖是自然界分布最为广泛且极为重要的一类单糖。细菌纤维素是不同菌属中的微生物本身所行成的天然纤维素,在热带地区产量很大且种类丰富。本文以廉价的葡萄糖和细菌纤维素生物质材料为原料,通过活化和高温碳化对其进行改性,得到了性能优异的多孔碳材料作为超级电容器电极材料并探究了不同掺杂元素和不同碳化温度对电极材料的影响,主要研究内容如下;(1)以葡萄糖为碳前躯体,首先采用溶剂挥发法首先制备出泡沫状碳结构,然后通过高温碳化工艺制备了硫／磷掺杂多孔碳材料,探究其中的磷元素和硫元素对多孔碳材料结构和其电化学性能的影响。在1MH2SO4的电解液中,1Ag-1充放电电流密度下,硫／磷共掺杂多孔碳材料的容量可以达到180 Fg-1,经过10000次循环容量有轻微的提高；在6M KOH的电解液中,1 Ag"1充放电电流密度下其比容量可以达到122 Fg-1。在3 Ag-1的电流密度下经过1000次循环之后,其比容量为最初比容量的98.9%,略有衰减。(2)以细菌纤维素为碳前躯体,通过KOH活化法和高温碳化法制备出蜂窝状的多孔碳材料,控制活化温度为700℃到900℃范围内,研究不同的活化温度处理的细菌纤维素基碳基材料的表面结构和电化学性能。测试结果表明：800℃为KOH活化细菌纤维素基电极材料的最佳温度,在0.5 Ag-1充放电电流密度下比容量可以达到310 Fg-1,并且在10 Ag-1的充放电电流密度下,反复循环5000次,容量维持在220 Fg-1,循环稳定性良好。
【关键词】：超级电容器 多孔碳 生物质 磷/硫掺杂 KOH活化 比容量
【学位授予单位】：北京化工大学
【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
• ABSTRACT6-9
• 符号说明9-16
• 第一章 绪论16-34
• 引言16
• 1.1 生物质简介16-19
• 1.1.1 生物质的基本概念16-17
• 1.1.2 生物质能17
• 1.1.3 生物质碳17
• 1.1.4 生物质应用17-19
• 1.2 生物质碳的制备19-20
• 1.2.1 炭化(高温)19-20
• 1.2.2 活化20
• 1.3 超级电容器20-24
• 1.3.1 超级电容器的特点21
• 1.3.2 超级电容器的工作原理及分类21-24
• 1.3.2.1 双电层电容22-23
• 1.3.2.2 赝电容23-24
• 1.3.3 超级电容器的应用24
• 1.4 超级电容器的碳材料24-30
• 1.4.1 超级电容器碳材料的分类24-26
• 1.4.1.1 活性碳24-25
• 1.4.1.2 碳纳米管(CNTs)25
• 1.4.1.3 模版碳25-26
• 1.4.1.4 其他碳材料26
• 1.4.2 影响碳材料电容性能的因素26-29
• 1.4.2.1 比表面积26
• 1.4.2.2 孔径分布26-27
• 1.4.2.3 表面官能团27-28
• 1.4.2.4 电解质溶液28
• 1.4.2.5 电极材料内阻28-29
• 1.4.2.6 电极材料的电化学稳定性29
• 1.4.3 双电层电容器电极材料的研究现状29-30
• 1.4.4 杂元素掺杂碳基电极材料的研究现状30
• 1.5 国内外生物质碳材料研究进展30-31
• 1.6 本文的研究目的及研究内容31-34
• 1.6.1 研究目的31-32
• 1.6.2 研究内容32-34
• 第二章 实验与方法34-42
• 2.1 实验原材料及试剂34-35
• 2.2 实验设备及仪器35-36
• 2.3 电极材料的制备36-37
• 2.3.1 S/P共掺杂葡萄糖基多孔碳材料的制备36
• 2.3.2 KOH活化细菌纤维素基多孔碳材料的制备36-37
• 2.4 电极材料的结构表征37-39
• 2.4.1 扫描电子显微镜分析37
• 2.4.2 透射电子显微镜分析37-38
• 2.4.3 X射线衍射38
• 2.4.4 X射线光电子能谱38
• 2.4.5 拉曼光谱38
• 2.4.6 氮气等温吸附38-39
• 2.5 电极制备及电化学性能的表征39-42
• 2.5.1 电极制备39
• 2.5.2 三电极体系测试39-40
• 2.5.3 电化学性能测试40-42
• 第三章 S/P共掺杂葡萄糖基多孔碳材料的结构以及电化学性能42-54
• 3.1 S/P共掺杂葡萄糖基多孔碳材料的结构表征42-47
• 3.1.1 SEM表征42-43
• 3.1.2 XRD表征43-44
• 3.1.3 液氮等温吸附及孔径分布44-45
• 3.1.4 XPS表征45-47
• 3.2 S/P共掺杂葡萄糖基多孔碳材料的电化学性能表征47-52
• 3.2.1 三电极体系电化学性能测试(电解液为1M H_2SO_4)47-49
• 3.2.2 三电极体系电化学性能测试(电解液为6M KOH)49-51
• 3.2.3 两电极体系电化学性能测试(电解液为1M H_2SO_4)51-52
• 3.3 小结52-54
• 第四章 KOH活化细菌纤维素基多孔碳材料的结构与电化学性能54-68
• 4.1 KOH活化细菌纤维素基多孔碳材料的结构表征55-63
• 4.1.1 SEM表征55-56
• 4.1.2 TEM表征56-57
• 4.1.3 XRD表征57-58
• 4.1.4 拉曼谱图58-60
• 4.1.5 孔径分布及液氮等温吸附60-63
• 4.2 KOH活化细菌纤维素基多孔碳材料的电化学表征63-67
• 4.2.1 循环伏安及恒流充放电曲线63-64
• 4.2.2 BC(KOH)-800的电化学性能64-66
• 4.2.3 电子交流阻抗测试66-67
• 4.3 小结67-68
• 第五章 总结和展望68-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-78
• 研究成果78-80
• 作者和导师简介80-81
• 附件81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 田莹莹;刘恩辉;沈海杰;向晓霞;吴玉虎;谢慧;胡添添;;茶籽壳质活性炭的制备及其电化学性能[J];功能材料;2012年06期

2 马小丰;田艳红;王颖;张学军;代红蕾;;淀粉基活性炭的制备及在超级电容器中的应用[J];北京化工大学学报(自然科学版);2012年01期

3 季倩倩;郭培志;赵修松;;壳聚糖制备多孔炭及其在电化学超级电容器中的应用(英文)[J];物理化学学报;2010年05期

4 杨常玲;刘云芸;孙彦平;;石墨烯的制备及其电化学性能[J];电源技术;2010年02期

5 白翔;陈晓红;张东升;宋怀河;岳永德;;竹炭基超级电容器电极材料的制备和电化学性质[J];炭素技术;2009年01期

6 张传祥;张睿;成果;谢应波;詹亮;乔文明;凌立成;;煤基活性炭电极材料的制备及电化学性能[J];煤炭学报;2009年02期

7 张翠;王成扬;姚国富;王文燕;赵朔;;酚醛泡沫NaOH化学活化制备超级电容器用活性炭[J];炭素;2007年04期

8 蒋剑春;生物质能源应用研究现状与发展前景[J];林产化学与工业;2002年02期

9 阴秀丽,吴创之,徐冰[?,陈勇;生物质气化对减少CO_2排放的作用[J];太阳能学报;2000年01期

，

本文编号：624764