超级电容电极材料用活性炭制备性能研究

发布时间：2017-11-23 17:32

  本文关键词：超级电容电极材料用活性炭制备性能研究

  更多相关文章： 活性炭 电极材料 孔径调控 表面化学性质 超级电容性质

【摘要】：超级电容器作为介于传统电容器和电池之间的一种新型的储能元件,正逐渐成为电化学材料领域的研究热点。活性炭经常被用作超级电容器电极材料,其结构性质对超级电容器的性能起决定性影响。本论文旨在实现用农林废弃物(如木屑、稻壳等))进行活性炭的制备,并对其进行性能表征和超级电容性能测试,分析并获得活化工艺-活性炭性能参数-活性炭电极超级电容性能三者之间的映射关系。本论文以磷酸为活化剂,采用一步高温炭化活化工艺,通过改变原料、浸渍比、活化温度和活化时间得到不同结构性能和表面化学性质的活性炭材料,运用扫描电镜、红外光谱分析仪和全自动比表面及孔隙度分析仪对活性炭材料进行性能表征,电化学工作站对活性炭电极材料进行超级电容性能的测试,进而获得改善活性炭材料超级电容性能的方法。主要研究工作和结论如下：首先采用杉木木屑、稻壳、松木木屑及梧桐子为原料,获得具有不同孔隙结构的活性炭。杉木屑、松木屑和梧桐子活性炭具有较大比表面积,分别达到1625.08 m2儋、1826.94 m2/g和1769.19 m2/g。对活性炭制备成的电极进行电化学性能测试,发现杉木屑活性炭电极具有最高的比电容和能量密度达到249 F/g和49.8Wh/kg,循环伏安曲线具有良好电化学可逆性,并具有较小的内阻。因此,本课题采用杉木屑为原料,研究活化工艺、活性炭性能和活性炭电极超级电容性能之间的映射关系。研究发现通过优化浸渍比(纯干H3PO4/纯干原料)、活化温度等主要工艺参数,可以有效调控活性炭的孔结构和表面化学性质,研制出适用于超级电容器的高比表面积、高中孔率和低含氧量的活性炭材料。合理提高浸渍比和活化温度有利于活性炭孔结构的发育,但过量浸渍比和过高活化温度都会加剧活化过程,造成扩孔过度,致使活性炭基体中部分孔隙坍塌,从而降低活性炭收率、比表面积、总孔容和中孔率,并破坏活性炭的表面形貌。活化剂增加,使更多的炭基体参与与磷酸的在活化反应,导致活性炭表面官能团增多。而提高活化温度会增强活化过程的脱氧反应,有效清除活性炭表面含氧官能团。将获得的活性炭制备成电极材料进行电化学性能测试,发现所制备的杉木活性炭电极材料比表面积与比容量之间并没有直接线性关系,孔径分布对电极材料的比电容影响很大：通过提高孔容和中孔率能够改善材料的电容性能,提高比表面积利用率,并提高活性炭电极材料的比容量和能量密度。活性炭中表面含氧官能团的存在会导致电容器的比能量和稳定性下降。杉木屑活性炭电极材料对应的最佳活化条件为：浸渍比为2、活化温度为500℃、活化时间为120 min,其在KOH电解液中的比电容和能量密度高达249 F/g和49.8 W h/kg的活性炭电极,性能甚至优于部分商业的超级电容用活性炭。综上,本论文对比了不同生物质原料活性炭结构性能及其电化学性能,较为系统的研究了活性炭的制备工艺、孔结构性能和表面化学性质及其超级电容性能,获得了高比表面积、高中孔率、电化学性能优良、高比电容、低内阻、低成本和工艺简单的活性炭材料,对开发新型超级电容用活性炭及优化活性炭的制备工艺提供了参考。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈新龙;王树林;李生娟;白峰;苏丹;;超细活性炭与电极的制备和性能[J];机械工程材料;2006年10期

2 李学良;邢高瞻;刘爱菊;;碱性浸洗处理对生物质基活性炭性能影响[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2010年12期

3 王新宇;孙晓峰;张治安;宋海申;赖延清;刘业翔;;活化剂种类对活性炭结构及性能的影响[J];中南大学学报(自然科学版);2011年04期

4 翟玲娟;肖春英;贾建国;朱春来;郭娟丽;;活性炭材料应用研究新进展[J];舰船防化;2011年05期

5 耿新;李莉香;安百刚;朱小明;李剑萍;;二次活化对椰壳基活性炭电化学性能的影响[J];沈阳农业大学学报;2013年01期

6 王如竹，戴巍，周衡翔，吴静怡，，贾金平;国产活性炭－甲醇吸附式制冷性能研究[J];太阳能学报;1995年02期

7 夏笑虹;张东升;刘洪波;何月德;;炭前驱体对活性炭孔结构和电化学性能的影响[J];功能材料;2010年07期

8 刘平;活性炭及其在脱硫方面的应用[J];大众标准化;2002年02期

9 程玉良;活性炭材料的改性及其应用[J];中国科技信息;2005年19期

10 王艳素;王成扬;郭春雨;;沥青基活性炭制备及其电化学性能研究[J];电源技术;2007年10期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 侯春燕;王公应;冯良荣;;活性炭载体改性进展[A];第六届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2009年

2 黄伟容;肖泽辉;;活性炭的成型、废气处理中的应用及发展前景[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年

3 范武波;尹华强;郭家秀;;活性炭改性方法研究[A];2012中国环境科学学会学术年会论文集（第三卷）[C];2012年

4 厉嘉云;马磊;卢春山;李小年;;处理方法对活性炭载体及负载钯催化剂性能的影响[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年

5 苗婷;周朝华;严春晓;程振兴;;活性炭在军事领域的应用[A];公共安全中的化学问题研究进展（第三卷）[C];2013年

6 陈翠兰;张本山;高凌云;李芬芬;周雪;;吸附剂活性炭的制备与在处理废水中的应用[A];2010第二届中国食品安全高峰论坛论文集[C];2010年

7 汤华民;李江存;舒一兰;;活性炭材料在空气净化中的应用[A];公共安全中的化学问题研究进展（第二卷）[C];2011年

8 代晓东;刘欣梅;钱岭;张建;阎子峰;;天然气吸附用活性炭制备的放大试验研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年

9 蔡芬芬;朱义年;梁美娜;;活性炭改性的研究进展及其应用[A];2008中国环境科学学会学术年会优秀论文集（上卷）[C];2008年

10 侯敏;刘力;王璐;梁海潮;邓正华;;氧化剂(NH_4)_2S_2O_8处理活性炭对储能性能的影响[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 本报记者 明 江;“漂亮”的治污杀手[N];中国商报;2004年

2 何应松;净化室内空气“黑钻金乌碳”是一绝[N];中华建筑报;2004年

3 黄宇;为了人们饮水健康[N];中国信息报;2010年

4 本报记者 张辉　林泽攀 王建兰;让产品更好地满足市场高品质需求[N];中国绿色时报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 于剑峰;陶瓷基孔材料的设计、制备及其在污水处理中的应用[D];中国石油大学(华东);2013年

2 刘恩海;太阳能与生物质能联合驱动活性炭—甲醇吸附式制冷系统设计与试验研究[D];河南农业大学;2015年

3 周旭健;多孔碳材料对二VA英吸附特性的机理研究[D];浙江大学;2016年

4 王玉新;毛竹活性炭的制备及其应用研究[D];天津大学;2007年

5 解立平;城市固体有机废弃物制备活性炭的研究[D];中国科学院研究生院（过程工程研究所）;2003年

6 代晓东;石油焦基活性炭的制备、修饰与应用基础研究[D];中国石油大学;2008年

7 孙康;果壳活性炭孔结构定向调控及应用研究[D];中国林业科学研究院;2012年

8 杨继亮;活性炭在卷烟滤嘴及烟草加工废水中的应用[D];南京林业大学;2013年

9 陈云;活性炭及其改性催化剂应用于碘化氢分解的性能及机理研究[D];浙江大学;2010年

10 王静;湿生植物基活性炭的制备、表征及其对重金属镍离子吸附性能的研究[D];山东大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赖奕坚;成型活性炭的银离子吸附研究[D];上海交通大学;2009年

2 苗东旭;玉米芯基活性炭的制备及其对二价锌离子吸附性能的研究[D];河北大学;2014年

3 崔颖;以芦苇为原料多种活性炭材料的制备及其吸—脱附性能研究[D];天津理工大学;2015年

4 张双双;活性炭改性对气相污染物甲醛及氨吸附去除影响的研究[D];东北林业大学;2015年

5 王勇;无患子残渣活性炭制备及其吸附性能的研究[D];福建师范大学;2015年

6 王大龙;配煤法烟气脱硫活性炭的制备研究[D];中国矿业大学;2015年

7 黄珊珊;HyperCoal基活性炭制备双电层电容器电极的研究[D];中国矿业大学;2015年

8 曾乐;聚酰亚胺基活性炭的制备及性能的研究[D];大连理工大学;2015年

9 侯德粉;活性炭改性及其对含氢混合气吸附性能的研究[D];大连理工大学;2015年

10 张微;碱活化石油焦制备活性炭过程中插层钾的脱插研究[D];大连理工大学;2015年

本文编号：1219284