氧化锌模板协同氢氧化钾活化法制备超级电容器用多孔炭材料

发布时间：2017-08-30 15:48

  本文关键词：氧化锌模板协同氢氧化钾活化法制备超级电容器用多孔炭材料

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【摘要】：超级电容器是一种很有潜力的绿色储能器件,因其具有充放电速度快、循环寿命长、功率密度大等特点引起人们广泛的研究兴趣。制备比表面积高、孔径分布适宜、导电性好的电极材料是提高超级电容器性能的突破口。本文采用氧化锌模板法制备多孔炭材料,并通过场发射扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射分析、X-衍射光电子能谱、氮气吸脱附等方法对多孔炭材料进行表征,采用循环伏安、恒流充放电、循环寿命测试和交流阻抗谱分析炭材料电化学性能。主要结论如下:以煤沥青为碳源,二水醋酸锌为模板,氢氧化钾为化学活化剂,泡沫镍作为基底,采用微波加热方式制备多孔炭/镍复合材料。当煤沥青、二水醋酸锌、氢氧化钾的质量分别为3 g、18 g、10 g时,所制备的多孔炭/镍复合材料命名为PC/NF_(3-18-10),多孔炭层沿着泡沫镍的结构框架生长,并相互连接,缩短离子传输距离,提高材料导电性。在6 M KOH电解液中,PC/NF_(3-18-10)在0.5 mA/cm~2电流密度下,比容达到3322 mF/cm~2,当电流密度增大近千倍,PC/NF_(3-18-10)面积比容仍达2135 mF/cm~2。以煤焦油为碳源,纳米氧化锌为模板,氢氧化钾为活化剂,通过常规加热方式,在氩气气氛中制备多孔炭材料。当煤沥青、纳米氧化锌、氢氧化钾的质量分别为3 g、18 g、6 g时,所制备的多孔炭命名为PC3-18-6,其比表面积达1789m~2/g,平均孔径为3.3 nm,中大孔含量高达87%,在BMIMPF6电解液中,0.05A/g电流密度下比容为113 F/g,能量密度为62.5 Wh/kg。在20 A/g的电流密度下,比容仍可以达到42 F/g,具有良好的速率性能。以蒽油为碳源,纳米氧化锌为模板,耦合氢氧化钾活化,在氩气气氛中采用常规加热方式制备多孔炭材料DPCX-Y-Z-T(其中X、Y、Z分别代表碳源、模板剂、活化剂的用量,T指炭化终温)。6 M KOH电解液中容量性能优异的两组材料是DPC8-20-10-800和DPC8-25-10-800,在0.05 A/g电流密度时比容分别为299 F/g和411 F/g,电流密度增至200 A/g时,比容分别为195 F/g和267 F/g。DPC8-25-10-800材料比表面积高,有氧官能团含量大,有利于电解液的浸湿和扩散,这也是其比容能达到411 F/g的原因。DPC8-30-10-800和DPC8-30-10-900两组材料总孔容较大,中大孔含量多,这种炭材料适合于离子电解液体系,在BMIMPF6电解液中能分别达到101 Wh/kg和78 Wh/kg的能量密度。
【关键词】：超级电容器 多孔炭 氧化锌 比表面积 电化学性能
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ127.11;TM53
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 前言10-11
• 1.2 超级电容器简介11-18
• 1.2.1 超级电容器原理及分类11-15
• 1.2.2 超级电容器结构15-16
• 1.2.3 超级电容器主要性能指标16
• 1.2.4 超级电容器优缺点16-17
• 1.2.5 超级电容器的应用17-18
• 1.3 超级电容器电极材料18-24
• 1.3.1 金属氧化物/氢氧化物18-19
• 1.3.2 导电聚合物19
• 1.3.3 碳基材料19-24
• 1.4 超级电容器电解液24-25
• 1.5 本文选题背景和研究内容25-27
• 第二章 实验27-34
• 2.1 实验原料和实验仪器27-29
• 2.1.1 主要实验原料27-28
• 2.1.2 实验仪器28-29
• 2.2 材料表征29-32
• 2.2.1 热重分析29
• 2.2.2 场发射扫描电子显微镜29
• 2.2.3 透射电子显微镜29
• 2.2.4 氮气吸脱附曲线29-31
• 2.2.5 X 射线衍射分析31
• 2.2.6 X 衍射光电子能谱分析31
• 2.2.7 拉曼光谱分析31-32
• 2.3 电极材料电化学性能测试32-34
• 2.3.1 循环伏安法32
• 2.3.2 恒流充放电测试32-33
• 2.3.3 交流阻抗测试33
• 2.3.4 漏电流测试33
• 2.3.5 循环寿命测试33-34
• 第三章 煤沥青基多孔炭/镍复合材料的制备及其储电性能34-48
• 3.1 实验部分34-37
• 3.1.1 微波法制备多孔炭/镍复合材料34-35
• 3.1.2 炭电极的制备与超级电容器组装35-37
• 3.2 实验结果与讨论37-46
• 3.2.1 热重分析37-38
• 3.2.2 FESEM和TEM分析38-39
• 3.2.3 XRD分析39-40
• 3.2.4 氮气吸脱附分析40-41
• 3.2.5 微波温度曲线41-42
• 3.2.6 电化学性能测试42-46
• 3.3 本章小结46-48
• 第四章 煤焦油基多孔炭材料的制备及其储电性能48-61
• 4.1 实验部分48-50
• 4.1.1 多孔炭材料的制备48-49
• 4.1.2 多孔炭电极的制备与组装49-50
• 4.2 实验结果与讨论50-59
• 4.2.1 FESEM和TEM分析50
• 4.2.2 XRD分析50-51
• 4.2.3 氮气吸脱附分析51-52
• 4.2.4 XPS分析52-54
• 4.2.5 电化学性能54-59
• 4.3 本章小结59-61
• 第五章 蒽油基囊状多孔炭材料的制备及其储电性能61-79
• 5.1 实验部分61-62
• 5.1.1 囊状多孔炭材料的制备61-62
• 5.1.2 囊状多孔炭电极的制备与组装62
• 5.2 实验结果与讨论62-77
• 5.2.1 蒽油气质联用色谱分析62-63
• 5.2.2 FESEM和TEM分析63-64
• 5.2.3 XRD分析64-65
• 5.2.4 氮气吸脱附分析65-67
• 5.2.5 XPS分析67-70
• 5.2.6 Raman分析70-71
• 5.2.7 电化学性能71-77
• 5.3 本章小结77-79
• 第六章 结论、创新点以及展望79-82
• 6.1 本文结论79-80
• 6.2 本文创新点80-81
• 6.3 下一步工作展望81-82
• 参考文献82-90
• 攻读硕士学位期间获奖及发表专利情况90-91
• 致谢91

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本文编号：760204