檸檬酸鉛制備多級孔結(jié)構(gòu)碳復(fù)合材料及其超級電容性能研究.pdf

1、環(huán)境和能源問題是我國今后長期面臨的重要課題，高性能可再生綠色能源的高效存儲和大規(guī)模應(yīng)用，是改變我國以消耗化石能源為主的經(jīng)濟發(fā)展模式，解決污染排放超過環(huán)境容量所造成的霧霾等嚴(yán)重環(huán)境問題的關(guān)鍵，從而從源頭上解決日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。超級電容器是一種新型儲能裝置，因具有高能量密度、高功率密度等特點在混合動力汽車、大型工業(yè)裝置、能量存儲、新能源等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。為探究新型超級電容器電極材料，本論文以濕法鉛回收過程中制備的檸檬酸鉛為碳源，通過焙燒

2、活化的方法制備出新型的多級孔結(jié)構(gòu)碳材料；運用靜電紡絲技術(shù)制備出納米纖維碳材料，將含氮酚醛樹脂與檸檬酸鉛混合焙燒制備多孔碳材料；以多級孔碳材料為骨架體負(fù)載氧化錳制備碳錳復(fù)合電極材料，并對以上材料進(jìn)行表征分析、電化學(xué)性能的測試，主要內(nèi)容包括以下三部分：
　?。?）金屬有機酸鹽焙燒活化制備多級孔碳材料
　　采用濕法回收新技術(shù)將廢鉛酸蓄電池鉛膏通過乙酸檸檬酸鈉體系浸出得到柱狀檸檬酸鉛，作為原始碳源，在氮氣氣氛下低溫焙燒制備出多級孔碳

3、材料。表征分析與電化學(xué)測試顯示隨著溫度的升高碳材料的比表面積增大，柱狀結(jié)構(gòu)逐漸破碎，低溫焙燒制備出的多級孔碳材料電容性較差，溫度升高至600℃時電容性有明顯的提升。
　　（2）多級孔碳材料的改性活化及靜電紡絲技術(shù)制備碳納米纖維
　　為進(jìn)一步提升多級孔碳材料的電化學(xué)性能，采用了物理活化、化學(xué)活化的方法對碳材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，通過化學(xué)活化的碳材料比表面積提升至866.59 m2/g，電容性能得到了較大的改善，其中化學(xué)活化的碳材料

4、組裝成簡易的超級電容器裝置后在1A/g的電流密度下質(zhì)量比電容達(dá)到了82.8 F/g。運用靜電紡絲技術(shù)將球磨后的納米檸檬酸鉛顆粒超聲分散至靜電紡絲前驅(qū)液中制備出含有檸檬酸鉛的納米纖維，經(jīng)過氮氣氣氛下焙燒得到碳納米纖維，電化學(xué)測試顯示碳納米纖質(zhì)量比電容為42.2 F/g。研究氮摻雜的方法改性碳材料的結(jié)構(gòu)，將含氮酚醛樹脂與檸檬酸鉛均勻混合焙燒制備出多孔材料，電化學(xué)測試表明混合焙燒后的碳材料存在贗電容效應(yīng)，在100 mA/g的電流密度下質(zhì)量比電

5、容達(dá)到了203.8 F/g，電化學(xué)性能優(yōu)于二者單獨制備的碳材料的電化學(xué)性能。
　?。?）多級孔碳/氧化錳復(fù)合材料的制備和性能表征
　　為進(jìn)一步利用多級孔碳材料的骨架結(jié)構(gòu)，實驗采用水熱、恒壓電鍍的方法在多級孔碳材料的骨架體上負(fù)載二氧化錳。表征分析與電化學(xué)分析表明，恒壓電鍍制備的碳錳復(fù)合材料電化學(xué)穩(wěn)定性較差，電容在高電流密度下衰減過快；三維碳材料骨架體上成功負(fù)載了大量錳的氧化物，溫度是影響水熱制備二氧化錳的決定因素，室溫和120