多孔碳基超級電容器電極材料的制備與性能研究.pdf

1、作為新型能量儲存/轉(zhuǎn)換裝置，超級電容器相比于其他傳統(tǒng)的電化學儲能裝置，具有諸多的優(yōu)點，如充放電速度極快，重復性能好，循環(huán)性優(yōu)異等。超級電容器介于普通電容器和傳統(tǒng)化學電池之間，根據(jù)儲能機理分為雙電層電容和贗電容兩種類型。雙電層電容通過電極表面和電解質(zhì)液面之間形成的極薄的雙電層來進行儲能，相比贗電容，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、快速的充放電速率、高功率密度等優(yōu)點，是目前商品化電容器的主要類型。然而當前的雙電層電容器面臨能量密度低的問題，而能量密度主要

2、由電極材料的比電容決定。多孔碳是雙電層電容器中常用的電極材料，其孔道根據(jù)孔徑不同可分為三類:微孔，介孔和大孔。微孔容易阻礙電解質(zhì)離子的傳輸，大孔則實現(xiàn)不了高的表面積，相比于這兩類孔型，介孔的優(yōu)勢較大。本論文以多孔碳作為基礎(chǔ)研究材料，選取不同的制備方法和不同的原材料，并且嘗試通過摻雜的方式，制備出了具有高比表面積，適宜的孔徑分布以及低成本簡單易制的高性能的電極材料。同時采用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、氮吸附、X射線衍射(XRD

3、)、Raman和XPS對電極材料的結(jié)構(gòu)與組成成分進行了表征，運用電化學工作站對其電化學性能進行研究。論文分為以下三個體系:
　　1、以酚醛樹脂納米球為碳源，采用無惰性氣氛無化學活化劑的空氣活化法制備具有高比表面積的多孔碳納米球(AACS)?？疾旎罨瘯r間對孔結(jié)構(gòu)的影響，表明多孔碳中介孔比例隨活化時間的延長而增多。6小時活化的樣品AACS-6具有最高的比表面積(2178m2g-1)和最大孔容(1.01cm3g-1)。電化學測試表明，A

4、ACS-6具有最大的比電容值222F g-1(0.5Ag-1)，優(yōu)異的倍率性能（20A g-1保留87.5％）和循環(huán)性能（5000圈循環(huán)后保留97％）。組裝所得對稱型兩電極體系具有高的能量密度(功率密度為398.7W kg-1時，能量密度為10.1Wh kg-1)。
　　2、以生物質(zhì)香榧殼為碳源，采用惰性氛圍KOH活化法制備具有良好形貌和高比表面積的生物質(zhì)多孔碳。研究結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)活化溫度和KOH用量可調(diào)控多孔碳的孔道結(jié)構(gòu)。以

5、香榧殼/KOH質(zhì)量比為1∶3經(jīng)800℃活化所得樣品AC-800-3具有最大的比表面積(2100.8m2g-1)和微介孔分級的孔道結(jié)構(gòu)。電化學測試表明，AC-800-3具有最大的比電容值290.5Fg-1(0.5Ag-1)，良好的倍率性能（20A g-1保留62.6％）。組裝所得對稱型兩電極體系具有高的能量密度（功率密度為360.1W kg-1時，能量密度為13.5Wh kg-1）和優(yōu)異的循環(huán)性能（5000圈循環(huán)后保留93.1％）

6、　　3、以介孔氧化硅SBA-15為硬模板，糠醇為碳源，三聚氰胺為氮源，通過模板復制和KOH化學活化制備具有發(fā)達介孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料。當KOH/碳質(zhì)量比為2∶1，800℃活化所得多孔碳ANMC-2具有發(fā)達的孔道結(jié)構(gòu)，比表面積高達2277.7m2g-1，氮含量為3.84％。電化學測試表明，ANMC-2具有極高的比電容292.6F g-1(0.5Ag-1)，良好的倍率性能(20Ag-1保留82.7％)。組裝所得對稱型兩電極體系具有高的能量密度