豆粕活性炭的微观结构及其电化学性能研究

发布时间：2017-05-28 07:04

  本文关键词：豆粕活性炭的微观结构及其电化学性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超级电容器因其充电时间短、工作寿命长、使用温度范围宽、对环境友好等优异的性能,使其在储能领域得以突显。目前,人们主要研究超级电容器的电极材料,以获得高比容的超级电容器。而炭材料更以高比表面积、优异的电化学性能、绿色无污染等特点受到广大科研工作者的青睐。在此,为了得到高比电容炭电极材料,我们主要进行了如下工作。本文以豆粕为炭源:(1)首先在400 oC条件下对豆粕进行预炭化,然后以KOH为活化剂,采用KOH/C之比(质量比)为1、2、3、4在800 oC对预炭化所得炭粉进行活化探索活化比例对活性炭DP-X-Y(X:活化比例;Y:活化温度)结构性能的影响;另外还在KOH/C之比为3时,分别在600、700、800、900 oC下进行活化探索温度对活性炭结构性能的影响(2)用ZnCl2作为活化剂,在550 oC下以ZnCl2/DP(氯化锌/豆粕)之比(质量比)分别为0.5、1、2对豆粕进行活化;同时,当ZnCl2/DP为1时,还在450oC和600oC对豆粕进行活化,以探索制备活性炭ZDP-X-Y(X:活化比例;Y:活化温度)的最优工艺条件。同时,我们还分别用拉曼光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和红外光谱仪等测试仪器对活性炭的微观结构进行了表征。并用KOH电解液,在两电极体系中研究了豆粕活性炭的电化学性能。结果表明:以KOH为活化剂时,在800 oC下随着活化比例的增大,豆粕活性炭的石墨层间逐渐打开;当KOH/C为3时,活化温度升高时,活性炭的石墨化程度先减小后增大,炭结构蚀刻加剧。经检测,试样DP-3-800具有超高的比表面积和优越的分级孔结构。在电化学测试中,其比电容值可达250 F g-1。在5 A g-1的电流密度下,10000次循环后,其比电容值保持率为97%;以ZnCl2为活化剂时,随着活化比例的升高,所得活性炭的石墨化程度先减小后增大。经元素检测分析,低温下获得的豆粕活性炭中含有氮元素,在其循环伏安测试曲线中可以清晰的看到氧化还原峰的存在,即在测试中有赝电容产生。测试结果显示,试样ZDP-1-550具有最高的比电容值,能够达到121F g-1。
【关键词】：超级电容器 豆粕 活性炭 双电层电容 赝电容
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ424.1;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 超级电容器综述11-15
• 1.2.1 超级电容器的结构与分类11-12
• 1.2.2 超级电容器工作原理12-14
• 1.2.3 超级电容器的优点14-15
• 1.3 电极材料电化学性能影响因素15-18
• 1.3.1 比表面积16
• 1.3.2 孔结构16-17
• 1.3.3 表面官能团17
• 1.3.4 导电性17-18
• 1.4 炭基电极材料研究进展18-22
• 1.4.1 炭纳米管18-19
• 1.4.2 炭气凝胶19
• 1.4.3 炭纤维19-20
• 1.4.4 石墨烯20-21
• 1.4.5 活性炭21-22
• 1.5 本课题内容和意义22-25
• 1.5.1 本课题意义22-23
• 1.5.2 本课题内容23-25
• 第2章 实验设计与检测25-35
• 2.1 实验仪器和试剂25-26
• 2.1.1 主要仪器25
• 2.1.2 主要试剂25-26
• 2.2 材料结构测试26-30
• 2.2.1 孔结构测试26-27
• 2.2.2 X射线衍射(XRD)分析27
• 2.2.3 场发射扫描电子显微镜(SEM)分析27-28
• 2.2.4 透射电子显微镜(TEM)28-29
• 2.2.5 拉曼光谱(Raman)分析29
• 2.2.6 红外光谱(FIRT)分析29-30
• 2.3 电化学性能测试30-32
• 2.3.1 循环伏安测试30-31
• 2.3.2 交流阻抗谱测试31
• 2.3.3 恒流充放电测试31-32
• 2.3.4 循环寿命测试32
• 2.4 试样及电极制备工艺流程32-35
• 2.4.1 试样制备32-33
• 2.4.2 电极制备33-35
• 第3章 KOH活化法制备豆粕活性炭的微观结构和电化学性能35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 豆粕活性炭结构表征与分析35-42
• 3.2.1 拉曼光谱分析35-37
• 3.2.2 X射线衍射分析37-38
• 3.2.3 材料的形貌及微观结构38-40
• 3.2.4 红外光谱分析40
• 3.2.5 孔结构分析40-42
• 3.3 豆粕活性炭电化学性能研究42-45
• 3.3.1 循环伏安测试分析43
• 3.3.2 交流阻抗和循环寿命43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 ZnCl_2活化法制备豆粕活性炭的微观结构和电化学性能46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 结构与形貌分析46-52
• 4.2.1 拉曼光谱分析46-48
• 4.2.2 XRD分析48
• 4.2.3 SEM和TEM分析48-50
• 4.2.4 红外光谱分析50-51
• 4.2.5 孔结构分析51-52
• 4.3 电化学性能测试52-58
• 4.3.1 循环伏安测试52-55
• 4.3.2 交流阻抗测试55-56
• 4.3.3 恒流充放电测试56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-68
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果68-69
• 致谢69

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