活性炭材料的結(jié)構(gòu)控制及其超級(jí)電容性質(zhì).pdf

1、作為一種新型的儲(chǔ)能器件,超級(jí)電容器在功率密度、生產(chǎn)成本、循環(huán)壽命、以及環(huán)保等方面具有非常大的優(yōu)越性,是現(xiàn)今儲(chǔ)能裝置領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)?；钚蕴勘粡V泛用作超級(jí)電容器電極材料,其結(jié)構(gòu)直接決定了超級(jí)電容器的性能。本課題旨在實(shí)現(xiàn)用植物廢棄物制備活性炭,并進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和測試其超級(jí)電容性質(zhì)。利用一步高溫?zé)崃呀馓炕に囍苽渲参锘钚蕴?采用不同的植物前驅(qū)體、改變炭化溫度和延長炭化時(shí)間得到不同結(jié)構(gòu)的活性炭材料,使用KOH和NaCl來提高活性炭的結(jié)構(gòu)性能,從而

2、改善活性炭材料的超級(jí)電容性質(zhì)。研究比表面積、孔容以及孔結(jié)構(gòu)對(duì)炭電極材料的電化學(xué)性能的影響。使用SEM、XRD、Raman、TGA和全自動(dòng)比表面及孔隙度分析儀對(duì)活性炭材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征;用電化學(xué)工作站對(duì)活性炭電極材料進(jìn)行了超級(jí)電容性能的測試。主要研究工作和結(jié)論如下:
　　采用異木棉樹皮、酒瓶椰子樹皮、竹葉、蘆葦、盆架子樹葉和芭蕉葉為原料,采用高溫一步炭化方法制備活性炭,沒有經(jīng)過活化的炭材料具有優(yōu)良的空隙結(jié)構(gòu),其比表面積從66m2/

3、g到468m2/g。其中,異木棉樹皮和酒瓶椰樹皮基活性炭的比表面積分別高達(dá)386m2/g和468m2/g。電化學(xué)測試結(jié)果表明酒瓶椰子樹皮基活性炭具有優(yōu)良的超級(jí)電容性能,當(dāng)以電流密度為1A/g進(jìn)行充放電時(shí),其比電容和能量密度分別高達(dá)129F/g和25.8Wh/kg。
　　選用異木棉樹皮為前驅(qū)體,研究炭化溫度、炭化時(shí)間對(duì)活性炭孔結(jié)構(gòu)及其電容性能的影響。研究結(jié)果表明隨著炭化溫度升高和延長炭化時(shí)間,異木棉基活性炭的比表面積逐漸增加。炭化溫

4、度從700℃升高至1000℃時(shí),活性炭的比表面積從36m2/g提高到221m2/g,其比容量也從28.3F/g增加到106F/g;在1000℃炭化時(shí)間從1h延長至5h時(shí),活性炭的比表面積從211m2/g提高到396m2/g,其比容量先增加后有所下降。在1000℃炭化4h時(shí),活性炭材料的比容量和能量密度最大,分別為120.8F/g和24.2Wh/kg。
　　采用化學(xué)活化改變了活性炭的結(jié)構(gòu)和提高了其電容性能。以KOH作為活化劑,與80

5、0℃炭化的異木棉樹皮基活性炭均勻混合后在500℃低溫活化,比表面積和孔容分別提高了290％和330%,電容量提高了124%;當(dāng)掃描速度為5mV/s時(shí),其比電容和能量密度分別高達(dá)202.5F/g和40.5Wh/kg。用NaCl浸泡酒瓶椰子樹皮后高溫炭化比未處理的比表面積增加65%,中孔比例提高到了53%。其比容量和能量密度分別高達(dá)203.3F/g和40.7Wh/kg,與未處理相比超級(jí)電容性能提高了約60%。
　　綜上,本論文較為系統(tǒng)