電化學(xué)電容器用炭材料的制備及其性能研究.pdf

1、作為一種新型儲(chǔ)能裝置,電化學(xué)電容器具有能量密度高、功率密度高、充放電速度快、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、環(huán)境友好等特點(diǎn),因而廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。依據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理不同,它可分為法拉第贗電容器和雙電層電容器。電極材料是決定電化學(xué)電容器性能的關(guān)鍵因素。目前主要分為金屬氧化物、碳材料和導(dǎo)電聚合物三類。本論文采用多種方法制備了各種炭材料并研究了其電化學(xué)電容性能。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1)在高溫氮?dú)夥障乱訸nCl2為致孔劑,以藕為碳源,通過(guò)化學(xué)活化制備

2、了活性炭,并就其電化學(xué)電容性能進(jìn)行了研究。利用ASAP2020比表面分析儀就藕基活性炭的比表面積和孔結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì)進(jìn)行了表征,其形貌采用掃描電子顯微鏡進(jìn)行表征,其在6 mol·L-1KOH水溶液中的電容性能采用循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電位法進(jìn)行研究。結(jié)果表明:其在6 mol·L-1KOH水溶液中表現(xiàn)出良好的矩形曲線,在-1.0V到0.0V電位區(qū)間以0.2A·g-1放電時(shí)得到的質(zhì)量比電容高達(dá)210F·g-1。此外,藕活性碳電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的功率

3、特性和長(zhǎng)周期壽命穩(wěn)定性。
　　 (2)以KOH和ZnCl2為致孔劑,通過(guò)簡(jiǎn)單的高溫分解方法成功制備了以豌豆莢為碳源的活性炭。利用ASAP2020比表面分析儀分析了活性炭的比表面積和孔結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì),其在6 mol·L-1KOH水溶液中的電容性能采用循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電位法進(jìn)行研究。結(jié)果表明:與沒(méi)有處理過(guò)的豌豆莢基活性炭相比,經(jīng)過(guò)KOH活化處理的活性炭的比表面積增大1323倍達(dá)到了2237 m2·g-1,經(jīng)過(guò)ZnCl2活化處理后比表

4、面積增大367倍達(dá)到了621 m2·g-1。此外,經(jīng)過(guò)KOH活化處理的豌豆莢基活性炭中中孔結(jié)構(gòu)比例較高,在6 mol·L-1KOH水溶液中2mV·s-1時(shí)比電容高達(dá)297.5F·g-1,在5 A·g-1的高電流密度下經(jīng)過(guò)500個(gè)充放電循環(huán)后,電容保持率高達(dá)91.4％,表現(xiàn)出良好的電容性能。
　　 (3)以簡(jiǎn)單的模板法成功制備了多巴胺基空心摻氮炭球并研究了其電化學(xué)電容性能。利用ASAP2020比表面分析儀分析了空心摻氮炭球的比表面

5、積和孔結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì),其形貌和結(jié)構(gòu)分別采用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡進(jìn)行了表征,并采用元素分析儀測(cè)定摻氮空心炭球的氮含量,其在1 mol·L-1 H2SO4溶液中的電容性能則采用循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電位法進(jìn)行研究。結(jié)果表明:摻氮空心炭球比表面積高達(dá)767 m2·g-1;在1 mol·L-1 H2SO4溶液中0.5 A·g-1的電流密度下質(zhì)量比電容473F·g-1;在30 A·g-1的高電流密度下經(jīng)過(guò)3000次充放電循環(huán)后,電容值基本未變