含氮多孔炭材料的制備及電容性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器作為近些年興起的一類新型儲(chǔ)能裝置，因兼具傳統(tǒng)電容器和二次單電池的優(yōu)點(diǎn)而引起了研究者們?cè)絹?lái)越多的重視。超級(jí)電容器不僅循環(huán)壽命長(zhǎng)，工作范圍寬，而且能快速充放電，瞬間釋放很大的電流，具有高功率密度的特性，因此其具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和巨大的市場(chǎng)前景。目前，炭材料是所有超級(jí)電容器電極材料之中使用最多的一類材料，其具有比表面積大，孔徑及表面電化學(xué)性質(zhì)可控等優(yōu)點(diǎn)。另外，碳源豐富，制備工藝簡(jiǎn)單實(shí)用，因此，很多科研工作者都對(duì)其進(jìn)行過(guò)研究，但對(duì)于制

2、備具有高比容量、高功率密度的炭材料還需深入的研究。
　　本論文主要從本體含氮炭前軀體的選擇、炭化及孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面入手，從而對(duì)炭材料的電化學(xué)性能進(jìn)行優(yōu)化，制備了具有高容量、高功率密度的多孔含氮碳材料，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　選用廢棄雞毛作為碳源，將其在450oC炭化為微孔材料，再用五種不同比例的KOH在800oC對(duì)其進(jìn)行活化，制備了含有介孔和微孔的炭材料。用HR-TEM、氮?dú)馕摳降葴y(cè)試對(duì)炭材料活化前后的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，其

3、中以活化劑與炭材料質(zhì)量比為4:1活化時(shí)制備的炭材料（標(biāo)記為CFCA4）微孔比表面積達(dá)到了1575m2/g，平均孔徑為1.863nm。電化學(xué)性能測(cè)試表明CFCA4炭材料表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能：1A/g電流密度下，平均比電容高達(dá)253F/g，能量密度可達(dá)7.98Wh/kg；10A/g電流密度下，比電容仍保持在167F/g，其功率密度為8.35kW/kg。
　　以廉價(jià)聚丙烯腈(PAN)和聚氨酯(TPU)為本體含氮碳源，聚甲基丙烯酸甲酯(

4、PMMA)和原硅酸四乙酯(TEOS)分別為軟模板和硬模板，通過(guò)靜電紡絲技術(shù)將其混合液紡成納米纖維，再在高溫下炭化后消除硬模板，制備成含氮層次多孔炭材料。實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)改變雙模板的用量和所添加的TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)改善層次多孔炭材料(HPCFs)的電化學(xué)性能。對(duì)所制備的炭材料進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)測(cè)試表明，用15/15％雙模板制備的HPCFs(記為HPCF15)和添加10%TPU后制備的HPCFs(記為PT10)具有合適的BET比表面積和微孔比表面積；對(duì)其