超級(jí)電容器用中孔炭和中孔炭復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器(又稱電化學(xué)電容器)是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲(chǔ)能器件,它具有比傳統(tǒng)電容器更高的比能量,比電池更高的比功率。電極材料是決定電化學(xué)電容器性能的主要因素,因此電極材料的研究一直是該領(lǐng)域?qū)W術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。本課題用模板法合成了中孔炭材料,并研究了其物理性能和電化學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上,研究了硝酸活化處理的中孔炭及聚苯胺/中孔炭復(fù)合材料的物理性能和電化學(xué)性能。
　　以SBA-15為模板,蔗糖為炭源,在不同的炭化溫度下

2、合成了不同比表面積的中孔炭材料。利用傅立葉變換紅外光譜(FT-IR),小角X-射線衍射(XRD),透射電鏡(TEM),N2吸脫附等溫線及循環(huán)伏安測試等技術(shù)探討了不同炭化溫度對中孔炭形貌、比表面積、孔體積及比電容的影響。結(jié)果表明:最佳炭化溫度為700℃,該材料孔結(jié)構(gòu)呈二維六角有序分布,孔體積為1.88 cm3·g-1,比表面積為1394 m2·g-1,具有典型的中孔結(jié)構(gòu)和集中的中孔分布,它的最可幾孔徑為3.4 nm。中孔炭電極在不同的掃描

3、速度下都具有良好的電化學(xué)性能;當(dāng)掃描速度為1 mV·s-1時(shí),700℃炭電極的比電容高達(dá)212 F·g-1;且以中孔炭作電極的超級(jí)電容器具有較好的可逆性、較高的充放電效率、穩(wěn)定的循環(huán)壽命,特別是用700℃制備的中孔炭電容器循環(huán)10000次容量波動(dòng)范圍僅為±4％。
　　活化處理是提高碳材料性能的有效方法,將700℃制備的中孔炭在濃硝酸中活化處理,用紅外光譜研究其表面含氧官能團(tuán)的變化,用電化學(xué)方法研究活化對中孔炭電極性能的影響。結(jié)果表

4、明:硝酸活化使得中孔炭的比表面積略有下降,同時(shí)表面含氧官能團(tuán)增加,增大了電極材料的親水性,有利于電解質(zhì)離子的吸附和雙電層的形成,因此,通過活化處理使中孔炭的電化學(xué)性能明顯提高,比電容從212 F·g-1增加到240 F·g-1。
　　用化學(xué)聚合法制備了聚苯胺/中孔炭復(fù)合電極材料。用掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)研究了復(fù)合材料的形貌,結(jié)果表明聚苯胺均勻地沉積在中孔炭的表面及孔道內(nèi)部。用循環(huán)伏安、恒流充放電等測試研究了復(fù)合電極