RF基炭微球的水热法制备及储能性能研究

发布时间：2017-11-20 01:04

  本文关键词：RF基炭微球的水热法制备及储能性能研究

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【摘要】：储能器件中,锂离子电池(LIBs, lithium ion batteries)具有高能量密度、长使用寿命及绿色环保等特点,超级电容器(supercapacitor)具备高功率密度、充放电迅速、环境友好等特性。近年来,两者广泛应用于电动车电源、电子类电源及电力系统等领域。酚醛树脂原料易得、价廉,在建筑、化工、军事等领域被普遍使用。而酚醛树脂炭作为硬炭材料之一,可用作两储能器件的电极材料使用。本论文以间苯二酚(Resorcinol, R)、甲醛(Formaldehyde, F)为原料,氨水为催化剂,十六烷基三甲基溴化铵(Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide, CTAB)为表面活性剂,氯化钠(NaCl)为添加剂,在乙醇与水按照一定比例形成的混合溶剂中,采用水热法制备RF微球并炭化得到炭微球。研究了水热温度、水热时间、反应物浓度、催化剂用量、表面活性剂浓度及添加剂用量对微球形貌、粒径及分布的影响。将微球进行不同温度下炭化、石墨化处理,研究了炭球的储能性能；将球形及蠕虫状酚醛树脂在同一温度下炭化,研究不同形貌酚醛树脂炭的储能性能。(运用的测试手段主要涉及SEM、IR、TG、XRD、BET、Raman及电化学工作站。)实验结果表明,表面活性剂CTAB的加入不仅能有效控制粒径大小,还能使产物形貌产生“球形-蠕虫状-球形”的变化过程;适量中性盐NaCl的加入能有效抑制微球间的团聚现象,从而得到单分散炭微球；石墨化处理后,样品仍保持一定球形度,但表面粗糙。当水热温度为100℃,水热时间为24 h,反应物浓度为2%,催化剂用量为0.5%,CTAB与问苯二酚的物质的量之比为1：3,NaCl与间苯二酚的物质的量之比为1：1时,经炭化制备得到单一分散、平均直径为150 nm的RF炭微球。保持其他条件不变,当CTAB与问苯二酚的物质的量之比为1：10时,制备得到蠕虫状酚醛树脂炭。将RF微球分别在600℃、700℃、1000℃下炭化保温2 h,在2800℃下石墨化处理,得到RF炭微球。当用作LIBs负极时,炭化条件为700℃时的RF微球,比表面积为503.44 m2 g-1,微孔为主,储锂能力较优,50 mAg-1下循环50次,容量为333.8 mAh g-1;石墨化条件下,比表面积降至18.79m2 g-1,中孔为主,容量为207.3 mAh g-1,两种样品也表现出优越的倍率性能。当用作超级电容器电极材料时,两种炭球在100mA g-1下循环100次,比容量分别为125.2 Fg-1、45.2Fg-1,在1 A g-1容量保持率分别为90%、83.8%,循环、倍率性能良好。将球形貌、蠕虫状酚醛树脂分别在700℃下炭化保温2 h,得到不同形貌炭化产物。当用作LIBs负极时,蠕虫状炭的比表面积为417.22 m2 g-1,微孔为主,50 mAg-1下循环50次,容量为302.1 mAh g-1,球形与蠕虫状炭在1 A g-1下,仍分别有115.2 mAh g-1、81.8 mAhg-1;当用作超级电容器电极材料时,蠕虫状炭在100mA g-1下,经100次循环,比容量为96.9F g-1。在1 A g-1下,容量保持率为90.5%,循环、倍率性能优良。
【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】：TM912;TQ127.11

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本文编号：1205501