生物质基活性碳材料的制备及电化学性能的研究

发布时间：2017-09-11 13:48

  本文关键词：生物质基活性碳材料的制备及电化学性能的研究

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【摘要】：生物质由于其具有可再生、成本低廉、来源广泛、机械性能好等特点,使得生物质材料作为新型储能设备的电极材料成为可能。本论文主要研究了不同种类生物质基活性碳的制备及超电容性能。主要内容如下:以真菌木耳作为碳源、氢氧化钾为活化剂,制备了具有超大比表面积的活性碳材料,比表面积和孔容分别达到了3160 m2 g-1和1.73 cm3 g-1。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜,氮气吸脱附分析及电化学测试对样品的微观形貌,孔道结构和电化学性能进行表征。实验结果表明,当木耳碳化物与氢氧化钾的质量比为1:4时,材料获得了最大的比表面积和孔容。在6 M KOH电解液中,1 A g-1电流密度下,材料的比容量达到了292 F g-1,表现出优异的超电容性能。以平菇为碳源,采用水热碳化结合KOH活化的方法制备出了具有大孔、介孔和大量微孔多级孔道生物质基活性碳材料,并研究了不同水热温度下材料的孔结构和电化学性能。结果表明,当水热温度为200℃时,材料的获得了最大的比表面积(1553 m2 g-1)和孔容(0.98 cm3 g-1),平菇基活性碳在1 A g-1电流密度下的比容量为203 F g-1,获得了较高的比容量。电流密度达到10 A g-1时,样品的比容量为依然可以达到169 F g-1,表现出较为良好的倍率性能。以脱脂棉为原材料、尿素为氮源、氢氧化钾为活化剂,采用高温热解法制备了大比表面积高掺氮量活性碳材料。结果表明采用热解的方法同时实现了对材料的活化和氮掺杂。所制备的棉花基活性碳材料掺氮量高达6.31%,并且氮掺杂后材料的比表面积依然达到了2714 m2 g-1。在1 M H2SO4电解液中,10mV s-1扫速下材料的比容量达到了231 F g-1,表现出优异的电化学性能。以芒果核作为碳源,采用自活化法高温碳化制备出具有大量介孔和大孔结构的碳材料。通过自活化法制备的样品的比表面积依然达到了1305 m2 g-1,在5 mV s-1扫速下的比容量为130 F g-1。虽然样品的比容量不高,但自活化法获得的大量介孔和大孔使得材料表现出了极其优异的倍率性能。在100mV s-1的大扫速条件下,自活化碳材料的电容保持率依然高达82%。因此,制备具有大比表面积同时具有大量介孔和大孔的活性碳材料对于超级电容器电极材料的研究具有重要的意义。
【关键词】：生物质 超级电容器 水热碳化 氮掺杂 比表面积
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【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
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 超级电容器的简介13-16
• 1.1.1 超级电容器的工作机理及分类14-15
• 1.1.2 超级电容器的特点15-16
• 1.1.3 超级电容器的应用领域16
• 1.2 超级电容器碳基电极材料简介16-19
• 1.2.1 影响碳材料电容性能的因素17-19
• 1.3 生物质简介19-20
• 1.3.1 生物质的特点19
• 1.3.2 生物质的应用19-20
• 1.4 生物质活性碳的制备方法简介20-22
• 1.4.1 碳化21-22
• 1.4.2 碳材料的活化：22
• 1.5 本论文的选题依据、研究思路和主要内容22-25
• 1.5.1 本论文的选题依据22
• 1.5.2 本论文的研究思路22-23
• 1.5.3 本论文的主要内容23-25
• 第二章 实验技术和表征方法25-27
• 2.1 实验原材料25
• 2.2 实验设备25-26
• 2.3 产物结构表征26
• 2.4 电极的制备及电化学性能测试26-27
• 第三章 大比表面积活性碳的制备及超电容性能27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 实验部分27-28
• 3.2.1 木耳基生物质活性碳的制备27-28
• 3.2.2 不同种类生物质活性碳的制备28
• 3.2.3 产物的命名28
• 3.3 结果与讨论28-39
• 3.3.1 木耳基活性碳的结构表征和电化学表征28-34
• 3.3.2 不同种类生物质活性碳的结构表征和电化学表征34-39
• 3.4 机理分析39
• 3.5 结论39-41
• 第四章 多级孔生物质活性碳的制备及超电容性能41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 实验部分41-42
• 4.2.1 水热碳化法制备生物质活性碳41-42
• 4.2.2 水热浸渍法制备生物质活性碳42
• 4.2.3 产物的命名42
• 4.3 结果与讨论42-53
• 4.3.1 水热碳化法制备活性碳的结构表征和电化学性能42-49
• 4.3.2 水热浸渍法制备活性碳49-53
• 4.4 结论53-55
• 第五章 氮掺杂生物质基活性碳的制备及超电容性能55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 实验部分55-56
• 5.2.1 材料的制备55
• 5.2.2 产物的命名55-56
• 5.3 结果与讨论56-62
• 5.3.1 棉花基氮掺杂活性碳的结构与组成表征56-59
• 5.3.1.1 XRD表征56
• 5.3.1.2 SEM和TEM表征56-59
• 5.3.2 AC和N-AC-1 样品在碱性电解液体系下的电化学性能59-60
• 5.3.3 AC和N-AC-1 样品在酸性电解液体系下的电化学性能60-62
• 5.4 总结62-63
• 第六章 自活化法制备生物质碳材料及超电容性能63-71
• 6.1 引言63
• 6.2 实验部分63-64
• 6.2.1 材料的制备63-64
• 6.2.2 材料的命名64
• 6.3 结果与讨论64-69
• 6.3.1 芒果核基活性碳的结构表征64-67
• 6.3.2 A-MN和SA-MN样品的电化学性能分析67-69
• 6.3.3 机理分析69
• 6.4 本章小结69-71
• 第七章 总结与展望71-73
• 7.1 总结71-72
• 7.2 研究工作展望72-73
• 参考文献73-80
• 致谢80-81
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文81

【参考文献】

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本文编号：831112