生物质活性碳作为超级电容器电极的制备及性质研究

发布时间：2017-09-02 19:09

  本文关键词：生物质活性碳作为超级电容器电极的制备及性质研究

  更多相关文章： 超级电容器 活性碳 生物质 电容 稻壳 向日葵花籽壳

【摘要】：超级电容器是一种介于传统电容器和二次充电电池之间的绿色储能器件，由于其拥有循环寿命长、功率密度高、充放电速率快等特性，使其在电动汽车、消费电子以及储能领域得到广泛应用，但是其主要缺点就是电极材料制作成本较高。电极材料的结构特点影响着电容器的电化学性能。近年来，通过优化电极材料来提高超级电容器的电容性能成为该方向的研究热点。本文以廉价的生物质为原料，通过碳化和活化法，获得了优异的电化学性能的电极材料，主要研究成果如下： 本文系统地研究了不同活化温度处理得到的稻壳碳的物理性能和电化学性能。在活化温度为400℃到900℃范围内，通过KOH活化法将稻壳转化成活性碳，并且作为两电极超级电容器的电极材料。SiO2的纳米微晶分布在稻壳的无定形碳基质中，在活化处理过程中，活性碳由于SiO2的去除产生孔洞结构，而且随着温度的升高，稻壳碳的有序化程度有所增加。再通过BET测试分析后，稻壳碳的比表面积最大可达到3145m2g-1。将该材料作为电极材料，分别在水和有机体系电解液中进行了电化学测试，测试结果表明：在水系以及有机体系电解液中，800℃活化温度制得的稻壳碳材料分别可以获得367F g-1和174F g-1的最佳电化学性能。与其他商用活性碳相比，稻壳碳材料表现出了优异的电化学倍率和循环性能，经过30000次循环后，，容量几乎没有衰减。 通过碳化和ZnCl2活化法制备葵花籽壳碳材料，并将其应用于双电层电容器。通过N2吸附测试分析方法表征了纳米多孔碳的比表面积和孔径结构，测试结果表明：多孔碳的比表面积和孔径结构与活化处理的温度以及ZnCl2活化剂比例息息相关。在活化温度为650℃，活化比为1:2时可以获得最大为1604m2g-1的比表面积。电化学测试结果表明：该材料在6M KOH水系电解液中获得226F g-1的比电容，而且容量保持率也最佳。更重要的是，该材料的电容性能相比其他多孔碳和商用木质活性碳材料更为优异，从而促进了向日葵花籽壳碳材料在双电层超级电容器中的应用。
【关键词】：超级电容器 活性碳 生物质 电容 稻壳 向日葵花籽壳
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6;TM53
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-29
• 1.1 超级电容器的简介12-16
• 1.1.1 超级电容器的发展及研究现状12-13
• 1.1.2 超级电容器的结构13-14
• 1.1.3 超级电容器的特点14-15
• 1.1.4 超级电容器的应用15-16
• 1.2 超级电容器的工作原理与分类16-18
• 1.2.1 双电层电容器16-17
• 1.2.2 法拉第准电容器17-18
• 1.3 超级电容器的碳材料18-21
• 1.3.1 活性碳18-19
• 1.3.2 模板碳19-20
• 1.3.3 碳纳米管20
• 1.3.4 其他碳材料20-21
• 1.4 论文选题目的、意义和研究内容21-23
• 1.4.1 问题的提出21
• 1.4.2 目的和意义21
• 1.4.3 研究内容21-23
• 参考文献23-29
• 第2章 实验材料与实验方法29-36
• 2.1 实验材料与药品29
• 2.2 实验仪器与设备29-30
• 2.3 材料的物化性能表征方法30-32
• 2.3.1 孔径分布测试与比表面积（BET）测试30
• 2.3.2 X 射线衍射（XRD）30-31
• 2.3.3 拉曼光谱（Raman）31
• 2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）31-32
• 2.3.5 透射电子显微镜（TEM）32
• 2.4 电化学表征方法32-34
• 2.4.1 循环伏安法(CV)32
• 2.4.2 恒流充放电法（GCD）32-33
• 2.4.3 电化学阻抗（EIS）33-34
• 参考文献34-36
• 第3章 稻壳碳的组成、结构及电化学性能研究36-54
• 3.1 引言36-37
• 3.2 实验部分37-39
• 3.2.1 稻壳碳的制备37
• 3.2.2 稻壳碳电极的制备37
• 3.2.3 稻壳碳材料的物理性能表征37-38
• 3.2.4 稻壳碳材料的电化学性能表征38-39
• 3.3 结果与讨论39-50
• 3.3.1 稻壳碳材料的组成、结构与形貌分析39-43
• 3.3.2 稻壳碳材料的电化学性能研究43-50
• 3.4 本章小结50-52
• 参考文献52-54
• 第4章 葵瓜子壳活性碳的制备、表征及电化学性能研究54-69
• 4.1 前言54-55
• 4.2 实验部分55-56
• 4.2.1 葵花籽壳活性碳的制备55
• 4.2.2 葵花籽壳活性碳电极的制备55-56
• 4.2.3 葵花籽壳碳材料的物理性能表征56
• 4.2.4 葵花籽壳碳材料的电化学性能表征56
• 4.3 结果与讨论56-66
• 4.3.1 葵花籽壳碳材料的组成、结构与形貌分析56-59
• 4.3.2 向日葵花籽壳碳材料的电化学性能研究59-66
• 4.4 本章小结66-68
• 参考文献68-69
• 第5章 结论与展望69-71
• 作者简介及硕士期间取得的科研成果71-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 郭玉鹏,杨少凤,赵敬哲,王子忱,赵慕愚;由稻壳制备高比表面积活性炭[J];高等学校化学学报;2000年03期

2 郭培志;季倩倩;张丽莉;赵善玉;赵修松;;花生壳制备微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;2011年12期

本文编号：780349