新型中孔炭材料的制備及其雙電層電容性能研究.pdf

1、本文以制備高功率應(yīng)用雙電層電容器電極炭材料為目的，在詳細評述了雙電層電容器及其電極材料研究進展的基礎(chǔ)上，對具有新型物相結(jié)構(gòu)的多孔炭材料的制備及其雙電層電容性能進行了系列研究。
　　 結(jié)合有機分子在無機基體表面的定向錨接現(xiàn)象和模板炭化法，提出了制備具有特殊物相結(jié)構(gòu)多孔炭材料的表面錨接模板炭化新技術(shù)。以介孔有序二氧化硅分子篩SBA-15-6、SBA-15-7、SBA-15-9和無序介孔硅膠SIG-10、SIG-30作為模板劑，商品化

2、中間相瀝青為碳源，采用表面錨接模板炭化法制備5種中孔炭材料。運用SEM、TEM、XRD、RAMAN、氮氣等溫吸脫附等物理手段研究炭材料的表觀形貌、孔結(jié)構(gòu)和物相結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，采用不同模板制備的炭材料均具有片狀堆積物相結(jié)構(gòu)和中孔結(jié)構(gòu)，證實了表面錨接模板炭化法的可行性。以有序介孔分子篩為模板制備的炭材料呈纖維束狀，石墨烯層沿著垂直于孔壁軸向的方向定向排列；適當?shù)母邷靥幚黼m能進一步提高石墨烯層排列的有序性，但過高的溫度可對炭材料的這種特殊結(jié)構(gòu)

3、造成破壞。無序介孔硅膠為模板制備的炭材料不僅可復制模板的孔隙結(jié)構(gòu)，還可復制模板的形貌；硅模板具有的無序孔結(jié)構(gòu)，導致制備炭材料石墨烯層排列的有序性下降。
　　 研究了5種片狀堆積結(jié)構(gòu)多孔炭材料的水性電解液和有機電解液雙電層電容性能。結(jié)果表明，五種炭材料在兩種電解液中均表現(xiàn)出了特殊的雙電層電容性能。C-SBA-15-7炭材料在兩種電解液中面積比電容分別為44.10μF/cm2和24.82 μF/cm2，質(zhì)量比電容達82.58F/g、

4、46.43 F/g，其它4種炭材料也表現(xiàn)出遠高于常規(guī)多孔炭材料的單位面積比電容。制備的炭材料具有片狀堆積物相結(jié)構(gòu)，石墨烯層沿垂直于孔壁周詳?shù)姆较蚺帕?，炭材料孔壁表面主要由邊緣面?gòu)成，使其具有較高的單位面積電容值。但同為片狀堆積結(jié)構(gòu)炭材料，其雙電層電容性能存在一定差異。C-SIG-10在兩種電解液位面積比電容僅有28.16μF/cm2和16.61 μF/cm2，可見片狀堆積結(jié)構(gòu)炭材料單位面積比電容大小還與其石墨烯層排列有序程度有關(guān)。

5、>　　 以蔗糖為前驅(qū)體材料，二氧化硅為模板劑，采用模板碳化法制備多孔炭材料。以上述多孔炭材料、外購活性炭和本實驗制備的片狀堆積結(jié)構(gòu)中孔炭材料為研究對象，比較研究了孔結(jié)構(gòu)、物相結(jié)構(gòu)和表面氧化處理對炭材料雙電層電容性能的影響。結(jié)果表明，本研究制備的片狀堆積結(jié)構(gòu)中孔炭材料的單位面積比電容遠高于蔗糖前驅(qū)體炭材料和外購活性炭。炭材料面積比電容與其比表面積、平均孔徑和孔容沒有直接關(guān)系。但平均孔徑或孔容相近的炭材料，具有片狀堆積物相結(jié)構(gòu)的炭材料的面