2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲(chǔ)能元器件,具有超大容量及快速貯存和釋放能量的特點(diǎn)。電極材料的性能是影響超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵問(wèn)題之一。商品化的超級(jí)電容器用電極材料主要以活性炭為主,活性炭的生產(chǎn)廠家很多,但是由于其主要用途不集中在超級(jí)電容器電極材料,電化學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到要求。少數(shù)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)的超級(jí)電容器用活性炭亦存在比容量偏低、價(jià)格昂貴、性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。此外,目前活性炭生產(chǎn)原料中大部份是以生長(zhǎng)周期長(zhǎng)的木材及不能再生的礦物類(lèi),

2、因而活性炭原料來(lái)源受到大大限制。 基于此,針對(duì)現(xiàn)有活性炭電極材料生產(chǎn)存在的問(wèn)題,首次提出采用可再生且再生周期短、環(huán)保、來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的淀粉作為前驅(qū)體制備超級(jí)電容器電極材料。優(yōu)化制備方法和制備工藝,制備出具有大倍率、高容量、大功率、高可逆性,低阻抗的性能優(yōu)良的新型超級(jí)電容器電極材料。并采用SEM、TG-DTA現(xiàn)代分析檢測(cè)手段和多項(xiàng)電化學(xué)測(cè)試技術(shù),對(duì)其結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能進(jìn)行了深入的研究。 (1)系統(tǒng)考察了淀粉原料的類(lèi)型,篩

3、選出最佳的淀粉原料。以豐富、可再生、對(duì)環(huán)境友好、價(jià)格低廉的農(nóng)產(chǎn)品-淀粉及改性產(chǎn)品,包括木薯淀粉,可溶性淀粉,陽(yáng)離子淀粉,氧化交聯(lián)淀粉,接枝淀粉等為原料合成淀粉活性炭材料。測(cè)定以各種淀粉原料為前驅(qū)體的活性炭的比表面積,其中以陽(yáng)離子淀粉,氧化交聯(lián)淀粉為原料制備的淀粉活性炭具有較高的比表面積。從而選出最佳的淀粉原料-陽(yáng)離子淀粉和氧化交聯(lián)淀粉。 (2)分別采用KOH活化、ZnCl2活化、ZnCl2+CO2活化三種活化方法制備了淀粉活性炭

4、材料,全面地比較了三種淀粉活性炭電極材料的電化學(xué)性能,篩選出最優(yōu)的活化方法。在三種活化工藝中,以KOH為活化劑,陽(yáng)離子淀粉為原料,在炭堿比為1/3,活化溫度為850℃,活化保溫時(shí)間為1.5h的工藝條件下制備的陽(yáng)離子淀粉活性炭BET比表面積高達(dá)3332m2/g,具有較大的孔體積(1.585 cm3/g),與其它活化方法制備的活性炭具有明顯不同的表面形貌和孔隙結(jié)構(gòu)。以其作為電極材料的超級(jí)電容器恒流充放電測(cè)試表明,在相同充放電流密度下,KOH

5、活化工藝制得的電極具有最高的比電容。在30%的KOH溶液中,在電流密度為370mA/g,電壓范圍在0.05-1.2V時(shí),根據(jù)第十次放電曲線計(jì)算出的比容量高達(dá)238F/g,是市售超級(jí)電容器用活性炭電極材料的兩倍。此外,以KOH活化的淀粉活性炭制成的超級(jí)電容器電極表現(xiàn)出優(yōu)良的電容性能,具有較好的可逆性,低阻抗等特點(diǎn)。而對(duì)于ZnCl2和ZnCl2+CO2活化法,其BET比表面積相對(duì)較低,分別為1674m2/g和1939m2/g,在電流密度為3

6、70mA/g的放電比容量分別為136F/g和139F/g,比容量比市售的超級(jí)電容器活性炭稍高。經(jīng)研究在淀粉原料體系下,選出KOH活化為最佳的optimal方法。 (3)優(yōu)化了淀粉活性炭的KOH活化工藝?;罨瘻囟?,活化保溫時(shí)間,堿炭比是影響淀粉活性炭產(chǎn)品的性能的主要因素。以KOH為活化劑,氧化交聯(lián)淀粉為原料的最佳制備工藝條件為活化溫度為850℃,活化保溫時(shí)間為2h,堿炭比為2/1。在該條件下制備的淀粉活性炭具有較高的比表面積(13

7、20m2/g)和高比容量(204F/g),其孔結(jié)構(gòu)中既存在豐富的微孔又存在大量的中孔結(jié)構(gòu)。在30%KOH溶液中,對(duì)其進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試表明:在不同的掃描速率下,該淀粉活性炭的電流隨著電壓變化曲線均具有較好的矩形形狀,體現(xiàn)出良好的對(duì)稱(chēng)性和電容特性。在掃描電勢(shì)范圍(0-1.2V)內(nèi),沒(méi)有明顯的法拉第氧化-還原峰,電極的容量幾乎完全由雙電層電容提供。這些電容反應(yīng)特征及對(duì)稱(chēng)的電流-電壓反應(yīng)曲線表明電極材料在整個(gè)考查的電壓范圍內(nèi)具有優(yōu)良的電容特性。

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