模板协同化学活化法制备超级电容器用炭纳米片及其电化学性能

发布时间：2017-11-08 19:06

  本文关键词：模板协同化学活化法制备超级电容器用炭纳米片及其电化学性能

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【摘要】：本文分别以煤焦油和蒽油为碳源,以氧化镁和三聚氰胺为模板,KOH为活化剂,制备了炭纳米片材料。采用氮吸脱附、FESEM、TEM、XRD、XPS、Raman等手段对所制备的炭材料的形貌结构及化学组成进行分析。通过循环伏安、恒流充放电及交流阻抗谱研究其在不同电解液中的电化学性能。主要结论如下:(1)以煤焦油为碳源,三聚氰胺为模板,KOH为活化剂,制得了多孔炭纳米片(PCNs)。当煤焦油、三聚氰胺、KOH的质量分别为6g、3g、12g,在氮气气氛下活化终温为800℃时,制备的材料命名为PCN800-N2。随着活化温度的升高,多孔材料的比表面积从1336 m2 g-1增大到1865 m2 g-1,总孔孔容从0.62 cm3 g-1升高到0.91 cm3 g-1,平均孔径从1.86 nm增大到1.94 nm。当电流密度为0.05 A g-1时,PCN800-N2的比容为274 F g-1,能量密度为9.5 Wh kg-1。当电流密度增加到20 A g-1时,PCN800-N2的比容为191 F g-1,能量密度为4.2 Wh kg-1,容量保持率为69.7%。PCN800-N2电极在5 A g-1下经过10000次循环充放电以后,比容保持率为92.1%,显示了很好的循环稳定性。(2)在上述实验基础上,以煤焦油为碳源,同时将模板替换为氧化镁,制得了相互连接的层状炭纳米片(ILCNs)。当煤焦油、氧化镁、KOH的质量分别为6g、9g、12g,活化终温为900℃时,制备的材料命名为ILCN2-900。随着活化温度的升高或者活化剂/碳源质量比的增大,所得的材料的比表面积和微孔比表面积均减小,平均孔径增大,产率降低。ILCN的比表面积介于2350~2887 m2 g-1之间,平均孔径介于2.27~2.78 nm之间。当电流密度为0.05 A g-1时,ILCN2-900的比容为313 F g-1,能量密度为10.9 Wh kg-1;当电流密度增加到20 A g-1时,其比容为261 F g-1,能量密度为7.6 Wh kg-1,容量保持率为83.4%。ILCN2-900在5 A g-1下经过10000次循环充放电以后,比容保持率为92.7%。(3)在上述实验基础上,将碳源替换为蒽油,制得了相互连接的多孔炭纳米片(IPCNs)。当蒽油、氧化镁、KOH的质量分别为6g、9g、12g,活化终温为950℃时,制备的材料命名为ILCN9-950。所得材料的比表面积介于2942~3342 m2g-1之间,总孔容介于2.31~3.75 cm3 g-1之间,平均孔径介于2.77~5.10 nm之间。在离子电解液中,当电流密度为0.05 A g-1时,IPCN9-950的比容为271 F g-1,能量密度为150.4 Wh kg-1;当电流密度增加到20 A g-1时,其比容为159 F g-1,能量密度为37.0 Wh kg-1,容量保持率为58.7%。在6 M KOH电解液中,当电流密度为0.05 A g-1时,IPCN9-900的比容和能量密度分别为300 F g-1和10.4 Wh kg-1。在5 A g-1下经10000次循环充放电后,其容量保持为89.7%。
【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

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本文编号：1158420