双碱活化法制备超级电容器用多孔炭材料

发布时间：2017-10-29 19:16

  本文关键词：双碱活化法制备超级电容器用多孔炭材料

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【摘要】：煤焦油、蒽油、石油沥青含有许多稠环芳香性碳氢化合物,可以作为制备高性能炭材料的优质碳源。本文分别以煤焦油、蒽油、石油沥青为碳源,以Ca(OH)2为模板耦合KOH活化,制备了多种结构和形貌新颖的多孔炭材料。通过氮吸脱附、场发射扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱和拉曼光谱等技术对所得材料的孔结构和形貌进行分析。采用循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗谱法考察了其电化学性能。主要结论如下:(1)以煤焦油为碳源,制得了超级电容器用多孔炭纳米片(PCNs)。当煤焦油、Ca(OH)2、KOH的质量分别为6 g、9 g、12 g时,所得多孔炭纳米片命名为PCN6-9-12,其平均孔径为1.69 nm,比表面积达2236 m2/g。在6 M KOH电解液中,当电流密度为0.05 A/g时,PCN6-9-12的比容为259 F/g,能量密度为8.99 W h/kg。当电流密度增大至20 A/g,PCN6-9-12的比容为210 F/g,能量密度为6.34 W h/kg,容量保持率为81.1%。在2 A/g电流密度下,经过5000次恒流充放电后,PCN6-9-12的容量保持率为90.3%。(2)以蒽油为碳源,制得了超级电容器用卷曲状多孔炭(CPCs)。当蒽油、Ca(OH)2、KOH的质量、活化温度分别为6 g、9 g、12 g、850o C时,所得材料命名为CPC6-9-12-850。随着Ca(OH)2的质量从6 g增加到9 g,电极材料的比表面积、平均孔径、总孔容均先增大后减小。CPC6-9-12-850的比表面积、平均孔径与总孔容达到最大值,分别为2838 m2/g、2.15 nm、1.53 cm3/g。在6 M KOH电解液中,当电流密度从0.05 A/g增加到20 A/g时,CPC6-9-12-850的比容仅从289 F/g减小到229 F/g,容量保持率高达80.6%。在5 A/g电流密度下,经10000次恒流充放电后,CPC6-9-12-850的容量保持率高达92.8%,显示了很好的循环稳定性。(3)以石油沥青为碳源,制得了泡沫状多孔炭材料(BPCs)。当石油沥青、Ca(OH)2、KOH的质量分别为3.6 g、9 g、18 g时,所得材料命名为BPC3.6-9-18,其比表面积、平均孔径、总孔孔容含量分别达3516 m2/g、2.22 nm、1.95 cm3/g。在6 M KOH电解液中,当电流密度为0.05 A/g时,比容高达320 F/g;当电流密度增大到40 A/g时,其比容仍保持为264 F/g,容量保持率达82.5%,显示出优异的速率性能。在5 A/g电流密度下,经10000次恒流充放电后,BPC3.6-9-18的比容保持为95.8%,表现了优异的循环稳定性。
【关键词】：超级电容器 卷曲状多孔炭 泡沫状多孔炭
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM53
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 前言9-10
• 1.2 超级电容器的简介10-15
• 1.2.1 超级电容器的结构10
• 1.2.2 超级电容器的原理及分类10-12
• 1.2.3 超级电容器优点12-13
• 1.2.4 超级电容器的性能指标13-14
• 1.2.5 超级电容器的发展状况14
• 1.2.6 超级电容器的市场前景14
• 1.2.7 超级电容器的应用14-15
• 1.3 超级电容器电极材料15-22
• 1.3.1 碳材料16-21
• 1.3.2 金属氧化物21
• 1.3.3 导电聚合物21-22
• 1.3.4 复合材料22
• 1.4 超级电容器的电解液22-23
• 1.5 本文选题背景及研究内容23-25
• 第二章 实验25-34
• 2.1 实验材料及仪器25-26
• 2.1.1 实验材料25-26
• 2.1.2 实验仪器26
• 2.2 电极材料的表征方法26-30
• 2.2.1 工业分析26-27
• 2.2.2 元素分析27
• 2.2.3 热重分析27
• 2.2.4 电极材料的孔结构分析27-28
• 2.2.5 X射线光电子能谱28-29
• 2.2.6 拉曼光谱分析29
• 2.2.7 场发射扫描电子显微镜29-30
• 2.2.8 透射电子显微镜30
• 2.3 作为电极材料的电化学性能的测试方法30-34
• 2.3.1 恒流充放电测试30-31
• 2.3.2 循环伏安测试31-32
• 2.3.3 交流阻抗EIS测试32-33
• 2.3.4 循环寿命测试33-34
• 第三章 多孔炭纳米片材料的制备及其储电性能34-48
• 3.1 实验部分34-36
• 3.1.1 氢氧化钙的热重分析曲线34-35
• 3.1.2 多孔炭纳米片材料的制备35-36
• 3.1.3 多孔炭纳米片材料的组装36
• 3.2 实验结果与讨论36-46
• 3.2.1 煤焦油的元素分析36-37
• 3.2.2 氮吸脱附分析37-38
• 3.2.3 TEM分析38-39
• 3.2.4 XPS分析39-40
• 3.2.5 拉曼分析40-41
• 3.2.6 电化学性能测试41-46
• 3.3 本章小结46-48
• 第四章 卷曲状多孔炭材料的制备及其储电性能48-61
• 4.1 实验部分48-49
• 4.1.1 卷曲状多孔炭材料的制备48-49
• 4.1.2 卷曲状多孔炭材料的组装49
• 4.2 结果与讨论49-59
• 4.2.1 蒽油气相色谱-质谱联用色谱分析49
• 4.2.2 氮吸脱附分析49-51
• 4.2.3 FESEM和TEM分析51-52
• 4.2.4 XPS分析52-53
• 4.2.5 拉曼分析53-54
• 4.2.6 电化学性能测试54-59
• 4.3 本章小结59-61
• 第五章 泡沫状多孔炭材料的制备及其储电性能61-73
• 5.1 实验部分61-62
• 5.1.1 泡沫状多孔炭材料的制备61-62
• 5.1.2 泡沫状多孔炭材料的组装62
• 5.2 结果与讨论62-71
• 5.2.1 石油沥青的元素分析62-63
• 5.2.2 氮吸脱附分析63-64
• 5.2.3 TEM分析64-65
• 5.2.4 XPS分析65-66
• 5.2.5 拉曼分析66-67
• 5.2.6 电化学性能测试67-71
• 5.3 本章小结71-73
• 第六章 结论、创新点以及展望73-75
• 6.1 本文结论73-74
• 6.2 本文创新点74
• 6.3 下一步工作展望74-75
• 参考文献75-82
• 攻读硕士学位期间获奖及发表论文、专利情况82-83
• 致谢83

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本文编号：1114311