电容炭的制备与性能研究

发布时间：2017-11-07 19:11

  本文关键词：电容炭的制备与性能研究

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【摘要】：超级电容器作为一种性能介于传统电容器和锂离子电池之间的新型储能器件,目前正向着高能量、高功率的方向发展,电极材料是其核心和关键。在各类电极材料中,炭材料性能优越、价格便宜,最为常用。本论文设计制备了三种超级电容器用新型炭电极材料,研究了制备工艺对炭材料的结构与电容性能的影响规律。将含氮有机酸盐EDTANa2Ca直接高温热解制备氮掺杂介孔炭,探讨了裂解温度对炭材料的氮含量、多孔结构及其在无机和有机电解液体系中的电容性能的影响。结果表明,随热解温度升高,所制备的炭材料的比表面增加,氮含量减少。750℃裂解温度下制备的炭材料由于兼有高的比表面(1485m2 g-1)、发达的介孔结构和较高的氮元素含量(4.12 at%),在6molL-1KOH水系电解液中具有最佳的电容性能。其在50 mA g-1电流密度下的比电容为236 F g-1,电流密度增大到20 A g-1,比电容还保持有173 g-1,在1A g-1电流密度下10000次循环后电容保持率为85.93%。在有机电解液中,没有观察到氮掺杂对提高比电容的明显作用。采用水热自组装法构筑出石墨烯包裹活性炭的三维网络结构,获得了兼有高比容量和优异倍率性能的三维活性炭/石墨烯复合电极材料,。活性炭高的比表面赋予复合材料高的质量比容量,在6 mol L-1 KOH水系电解液体系中复合材料在50 mAg-I电流密度下的比电容为294F g-1。同时,石墨烯高的电导率和三维网络结构使复合材料具有优异的电子和离子传导性能,倍率性能优异,电流密度增大到20 A g-1,比电容还保持有207 g-1,电容保持率为70.4%。采用柠檬酸镍热解简便制备出石墨化介孔炭材料。柠檬酸镍既是碳源,又是介孔模板,还是催石墨化剂。通过控制热解温度可以对介孔炭的比表面积和石墨化程度进行调控。随热解温度升高,炭材料的石墨化程度提高而比表面有所降低。石墨化介孔炭在6 mol L-1 KOH水系电解液体系中具有极其优异的的循环性能,在2 Ag-1电流密度下10000次循环后电容保持率为99.0%。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM53

【参考文献】

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1 Yanfeng Ma;Yongsheng Chen;;Three-dimensional graphene networks: synthesis,properties and applications[J];National Science Review;2015年01期

2 周海晖;彭奇龄;黄振华;余强;陈金华;旷亚非;;聚丙烯腈基炭纤维表面电沉积Ni-Fe合金的催化石墨化性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2011年03期

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本文编号：1153730