甘脲基多孔炭的合成及其电化学性能研究
本文关键词：甘脲基多孔炭的合成及其电化学性能研究 出处：《湖南大学》2016年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：超级电容器有高功率密度、循环寿命长等特性,在能源、交通等领域有广阔的应用前景。电极材料是超级电容器最重要的组成部分之一,它对电容器的整体性能有决定性的影响。炭材料的来源广泛,是目前使用最多的电极材料,然而用炭材料作电极材料的超级电容器比电容值较低,表现出较低的能量密度,因此如何改性炭材料成为研究热点。为了提高电容器的电化学性能,要求炭材料有大的比表面积、合适的孔隙结构和良好的导电性。此外,炭材料表面官能团的存在也对超级电容器比电容有很大影响,因此氮掺杂是目前常见的改性炭电极材料的手段之一。本文以氮原子含量较高的甘脲类材料作为炭前驱体,通过KOH活化制备氮掺杂多孔炭,并对其组成、结构和电化学性能进行研究。以甘脲为炭前驱体制备超级电容器用多孔炭材料,考察了不同炭化温度、活化温度对多孔炭的组成、结构和电化学性能的影响。研究表明,通过调节炭化温度可以控制多孔炭材料的孔隙结构,在炭化温度为900℃,活化温度为650℃的工艺条件下,制备出比表面积为1332.5m2/g,总孔容为0.66cm3/g,其中微孔孔容为0.40cm3/g的多孔炭材料(G-900-650),其氮含量为3.75 at%,氧含量为12.27 at%。该多孔炭在电解液为1M的H_2SO_4,电流密度为0.2A/g时,比电容达434F/g。电流密度增大到10A/g时,电容保持率达63.4%。以四羟甲基甘脲为炭前驱体制备超级电容器用多孔炭材料,考察了不同炭化温度、活化温度对多孔炭的组成、结构和电化学性能的影响。研究表明,炭材料的孔隙结构和组成与活化温度有关。随着活化温度升高,炭材料的比表面积增大,微孔孔容减小,Nat%减少。在炭化温度为850℃,活化温度为650℃的工艺条件下,制备出比表面积为1113.4m2/g,总孔容为0.52cm3/g,其中微孔孔容为0.41cm3/g的多孔炭材料(TA-850-650),其氮含量为2.56 at%,氧含量为12.14 at%。该多孔炭在电解液为1M的H_2SO_4,电流密度为0.2A/g时,比电容达527F/g。电流密度增大到10A/g时,电容保持率达48.0%。以四甲氧甲基甘脲为炭前驱体制备超级电容器用多孔炭材料,考察了不同碱炭比、炭化温度和活化温度对多孔炭的组成、结构和电化学性能的影响。研究表明,在活化时通过改变碱炭比也能控制多孔炭材料的孔隙结构。当m(KOH):m(C)=3,炭化温度为850℃,活化温度为700℃的工艺条件下,制备出比表面积为1789.2m2/g,总孔容为0.89cm3/g,其中微孔孔容为0.48cm3/g的多孔炭材料(TMA-850-700-3),其氮含量为1.72at%,氧含量为8.81 at%。该多孔炭在电解液为1M的H_2SO_4,电流密度为0.2A/g时,比电容达393F/g。电流密度增大到10A/g时,电容保持率达55.6%。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM53
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，本文编号：1325993
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