用于超級電容器電極材料的炭氣凝膠制備及改性.pdf

1、超級電容器是間于傳統(tǒng)靜電容器和二次電池的一種新型儲能裝置，在國防和民用領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。電極是決定超級電容器性能的主要因素，因此，高性能電極材料的研究具有重要意義。
　　本課題的目的是制備高性能的炭氣凝膠電極材料，并應(yīng)用于超級電容器。通過紅外研究了有機氣凝膠前軀體官能團特征，通過掃描電鏡研究了炭氣凝膠的形貌，通過在6mol/LKOH電解液中進行循環(huán)伏安、恒流充放電等測試研究了炭氣凝膠電極材料的比容量、循環(huán)充放電穩(wěn)定性、內(nèi)電阻等性能

2、。本論文主要進行了以下幾方面工作：
　　以間苯二酚和甲醛為原料，在堿性氫氧化物催化下，通過溶膠-凝膠法經(jīng)常壓干燥、炭化制備炭氣凝膠。探索催化劑種類、用量及制備手段對炭氣凝膠結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：催化劑種類及濃度的改變，引起反應(yīng)體系pH的變化。隨著反應(yīng)體系pH減小，炭氣凝膠形貌由塊狀向球狀轉(zhuǎn)變，炭氣凝膠的比電容先增大后減小。以Mg(OH)2為催化劑，R/C（間苯二酚與催化劑的摩爾比）為5087時制備炭氣凝膠的比容量較大

3、，在10mA放電比容量為119.4F/g；以Al(OH)3為催化劑，R/C為2.69×109時制備炭氣凝膠的比容量較大，在10mA放電比容量為129.2F/g；以Ca(OH)2為催化劑，R/C為74時制備炭氣凝膠的比容量較大，在10mA放電比容量為132.9F/g；以 NaOH為催化劑，R/C為1000時制備炭氣凝膠的比容量較大，在10mA放電比容量為124.1F/g。對制備的炭氣凝膠為電極的電容器循環(huán)壽命測試結(jié)果表明：該材料在10mA

4、恒電流充放電500次，其比容量保持率高，循環(huán)性能良好。
　　為了提高電極材料的比容量，對炭氣凝膠進行改性。分別在制備過程中引入有機聚合物和無機金屬鹽，研究添加種類及添加量對炭氣凝膠形貌、結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明：在引入添加劑時，隨著添加量的增大，炭氣凝膠的比容量先增大后減小，在添加量為0.5％時最大。添加量相同時，添加F127制備的炭氣凝膠的比容量大于添加Span80、聚乙二醇制備的。添加0.5%F127制備的炭氣凝膠在10mA

5、的放電比容量為146.7F/g，50mA的放電比容量為137.0F/g。循環(huán)壽命測試表明該樣品具有良好的循環(huán)性能。引入金屬鹽時，隨著R/T（間苯二酚與金屬鹽的摩爾比）的增大，炭氣凝膠的比容量也增大。R/T相同時，引入Mn(AC)2制備的炭氣凝膠比容量大于引入Ni(AC)2和Co(AC)2制備的。加入Mn(AC)2，R/T為100時制備的炭氣凝膠在10mA的放電比容量為140.8F/g，50mA的放電比容量為125.6F/g。循環(huán)壽命測試