KOH活化炭氣凝膠的制備及其儲電性能研究.pdf

1、電化學電容器作為一種安全可靠、清潔環(huán)保的新型儲能器件，近年來備受關注。多孔碳材料經常被用來制備電化學電容器的電極，具有良好的性能。多孔碳材料的比表面積和孔徑分布與電化學電容器電容性能關系緊密。炭氣凝膠由于具有獨特的三維納米網(wǎng)絡結構和優(yōu)良的導電性，被認為是制備電化學電容器電極的理想材料。 本論文中，以間苯二酚(R)和甲醛(F)為原料，采用微乳液模板調控溶膠．凝膠聚合反應法(MTSGP)制備了RF氣凝膠。通過改變催化劑用量和炭化處理

2、溫度得到具有不同比表面積和孑L徑分布的炭氣凝膠和半炭化氣凝膠。以KOH為活化劑，以不同的活化劑用量對炭氣凝膠或半炭化氣凝膠進行改性處理，最終得到活性炭氣凝膠。通過低溫氮氣吸附法、SEM、FTIR、XRD分析炭氣凝膠、半炭化氣凝膠和活性炭氣凝膠的孔結構和表面基團性質，通過循環(huán)伏安法和交流阻抗譜法測試了炭氣凝膠和活性炭氣凝膠的電化學性能，探討了催化劑配比、炭化處理溫度及活化條件與孔結構的關系及孔結構與電化學性能之間的關系。本實驗取得了以下結

3、果： (1)KOH活化能增加炭氣凝膠的比表面積并改變其孔結構。KOH活化的主要作用是刻蝕炭氣凝膠骨架上的碳，刻蝕既能生成微孔，又能將各種大小的孔擴大。適當?shù)腒OH活化可以保存好炭氣凝膠的碳骨架，過度的活化則會造成碳骨架的破壞和孔結構塌陷，并發(fā)生炭氣凝膠粒子的“融并”現(xiàn)象。 (2)足夠的其碳骨架強度對于活化來說是必要的。RC比決定了炭氣凝膠粒子的顆粒大小，因此決定了其碳骨架強度，RC比高，則強度越高。CA-RC500比CA

4、-RCl25具有更高的碳骨架強度，因此在活化過程中能更好地保持碳骨架。RC比高的炭氣凝膠在高活化劑用量的條件下活化仍能保持碳骨架。 (3)半炭化的：RF氣凝膠比完全炭化的炭氣凝膠具有更多的“活性點碳”，而且其骨架中含有有機成分，采用KOH處理時，既有KOH刻蝕碳的反應，也有KOH促使部分有機成分骨架分解的反應，因此，活化效果更好，孔結構的控制也更加靈活。選擇適當?shù)陌胩炕瘻囟瓤梢栽诒３趾锰脊羌艿那闆r下得到中孔非常豐富的活性炭氣凝膠

5、。 (4)KOH活化制備的活性炭氣凝膠的比電容高于未活化的炭氣凝膠，提高幅度最高可達1.5倍以上，最高可達257F/g。與日本生產的商用電容器使用的超級活性炭進行孔結構及電化學性能比較，發(fā)現(xiàn)所制備的活性炭氣凝膠樣品ACA-KS500-1的儲電性能優(yōu)于該超級活性炭。 (5)以結構類似為標準對活性炭氣凝膠進行分組，A型活性炭氣凝膠和B型活性炭氣凝膠的比電容均與比表面積顯示了良好的比例線性關系。比較A型活性炭氣凝膠和B型活性炭