生物诱导合成超级电容器用三维互连多孔炭电极材料

发布时间：2017-11-23 00:17

  本文关键词：生物诱导合成超级电容器用三维互连多孔炭电极材料

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【摘要】：特斯拉,上海超级电容公交,快速充电,最近涌现出的新名词显示了人们对能量储存和能量转换研究的广泛兴趣。超级电容器具备功率密度高、循环寿命好、造价成本低等优点被认为是一种很有研究和应用前景的高效储能装置。为了获得比电容高,循环寿命好的超级电容器用三维互联多孔炭电极材料,并本着保护环境、降低成本的原则,本文利用生物模板制备出石墨程度较高的多孔炭或者石墨烯。实验主要分为两大部分:第一部分浒苔模板超级电容器电极材料的制备、表征及测试:以浒苔为炭源,采用高温炭化法制备纤维基三维多孔炭材料(3D-Fiberbased Carbon,用C表示),并使用水热法制备了从自模板法到MnO/C复合材料(MnO/C composite materials,简称MCs),以期获得比电容高,循环寿命好的多孔炭电极材料。结果表明:纤维基三维多孔炭具有高比表面积达到180 m2·g-1。MCs具有三维导电网络结构,金属氧化物颗粒在石墨烯片层间生长均匀,但粒径较大在30nm左右。电化学测试结果显示:在0.5 mol·L-1的Na_2SO_4溶液中,电流密度1 A·g-1,MnO负载量在80%时得到的MCs拥有最高比电容,达218.2 F·g-1,经过1000次循环充放电测试比电容保持率为79.6%。由于浒苔无论在石墨化程度上还是电化学性能上都只能达到一般水平,因此展开了第二部分实验:以西瓜瓜瓤为炭源,采用两步炭化法制备纤维基三维石墨烯材料(3D-Fiberbased graphene,用G表示),并使用水热法经过了从单一MnO负载到CeO_2-MnO/G复合材料(CeO_2-MnO/G composite materials,简称CMGs)的优化过程。结果表明:纤维基三维石墨烯具有高比表面积达到332 m2·g-1。CMGs具有三维导电网络结构,复合金属氧化物颗粒在石墨烯片层间生长均匀,粒径在10nm左右。电化学测试结果显示:在0.5 mol·L-1的Na_2SO_4溶液中,电流密度1 A·g-1,当Ce~(4+):Mn~(2+)=1:4,CeO_2-MnO复合负载量在80%时得到的CMGs拥有最高比电容,达308.5 F·g-1,经过1000次循环充放电测试比电容保持率为95.5%。CMGs电化学性能的提高主要是因为两种金属氧化物复合负载与石墨烯的协同作用。实验同时进行了光催化降解和亚甲基蓝吸附测试,结果显示:在光催化降解中经过3 h反应,材料的TOC有机炭去除率达到了83.25%;在吸附实验中,20 h后对160 mg·L-1亚甲基蓝溶液吸附率达到了98.2%。
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53;TQ127.11

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本文编号：1216571