超級電容電極材料用活性炭制備性能研究.pdf

1、超級電容器作為介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種新型的儲能元件，正逐漸成為電化學(xué)材料領(lǐng)域的研究熱點?；钚蕴拷?jīng)常被用作超級電容器電極材料，其結(jié)構(gòu)性質(zhì)對超級電容器的性能起決定性影響。本論文旨在實現(xiàn)用農(nóng)林廢棄物（如木屑、稻殼等））進行活性炭的制備，并對其進行性能表征和超級電容性能測試，分析并獲得活化工藝-活性炭性能參數(shù)-活性炭電極超級電容性能三者之間的映射關(guān)系。本論文以磷酸為活化劑，采用一步高溫炭化活化工藝，通過改變原料、浸漬比、活化溫度和活化時

2、間得到不同結(jié)構(gòu)性能和表面化學(xué)性質(zhì)的活性炭材料，運用掃描電鏡、紅外光譜分析儀和全自動比表面及孔隙度分析儀對活性炭材料進行性能表征，電化學(xué)工作站對活性炭電極材料進行超級電容性能的測試，進而獲得改善活性炭材料超級電容性能的方法。主要研究工作和結(jié)論如下:
　　本文首先采用杉木木屑、稻殼、松木木屑及梧桐子為原料，獲得具有不同孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭。杉木屑、松木屑和梧桐子活性炭具有較大比表面積，分別達到1625.08m2/g、1826.94 m2/

3、g和1769.19m2/g。對活性炭制備成的電極進行電化學(xué)性能測試，發(fā)現(xiàn)杉木屑活性炭電極具有最高的比電容和能量密度達到249 F/g和49.8 Wh/kg，循環(huán)伏安曲線具有良好電化學(xué)可逆性，并具有較小的內(nèi)阻。因此，本課題采用杉木屑為原料，研究活化工藝、活性炭性能和活性炭電極超級電容性能之間的映射關(guān)系。
　　本研究發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化浸漬比（純干H3PO4/純干原料）、活化溫度等主要工藝參數(shù)，可以有效調(diào)控活性炭的孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，研制出

4、適用于超級電容器的高比表面積、高中孔率和低含氧量的活性炭材料。合理提高浸漬比和活化溫度有利于活性炭孔結(jié)構(gòu)的發(fā)育，但過量浸漬比和過高活化溫度都會加劇活化過程，造成擴孔過度，致使活性炭基體中部分孔隙坍塌，從而降低活性炭收率、比表面積、總孔容和中孔率，并破壞活性炭的表面形貌。活化劑增加，使更多的炭基體參與與磷酸的在活化反應(yīng)，導(dǎo)致活性炭表面官能團增多。而提高活化溫度會增強活化過程的脫氧反應(yīng)，有效清除活性炭表面含氧官能團。將獲得的活性炭制備成電極

5、材料進行電化學(xué)性能測試，發(fā)現(xiàn)所制備的杉木活性炭電極材料比表面積與比容量之間并沒有直接線性關(guān)系，孔徑分布對電極材料的比電容影響很大:通過提高孔容和中孔率能夠改善材料的電容性能，提高比表面積利用率，并提高活性炭電極材料的比容量和能量密度。活性炭中表面含氧官能團的存在會導(dǎo)致電容器的比能量和穩(wěn)定性下降。杉木屑活性炭電極材料對應(yīng)的最佳活化條件為:浸漬比為2、活化溫度為500℃、活化時間為120 min，其在KOH電解液中的比電容和能量密度高達24