聚天冬氨酸基氮摻雜碳材料的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用.pdf

1、超級電容器作為一種獨特的電能存儲設(shè)備，由于其具有高的功率密度，快速充放電，循環(huán)壽命長，對環(huán)境友好等特點，近年來被人們廣泛關(guān)注。超級電容器的電化學(xué)性能受電極材料的影響較大，因此尋找高性能的電極材料一直是研究的熱點。碳材料是研究最早且應(yīng)用范圍最廣的電極材料。據(jù)報道，摻氮是增加碳材料表面濕潤性，提高電導(dǎo)率，提高電容性能最有前景的方法。因此，應(yīng)用一種環(huán)境友好，價格低廉，含氮量高的前驅(qū)體，用簡單的方法制備氮摻雜的碳材料是非常有意義的。本文以聚天冬

2、氨酸為原料，采用直接碳化制備氮摻雜的碳材料，研究了溫度對其形貌結(jié)構(gòu)及電容性能的影響；用氯化鋅活化制備了多孔碳材料，研究了活化劑的用量對形貌結(jié)構(gòu)及電容性能的影響；用Ca(OH)2和NH4Cl混合物一步活化摻氮，制備了具有褶皺形貌的氮摻雜碳材料，氮含量高達(dá)13.8％，對所有制備的材料進(jìn)行了形貌、結(jié)構(gòu)的表征，并考察了它們的電容性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以聚天冬氨酸為原料，采用直接碳化法制備氮摻雜的多孔碳材料。實驗發(fā)現(xiàn)制備的碳材料

3、的BET面積受溫度的影響較大，隨著碳化溫度從500 oC增到800 oC，所制備的碳樣的比表面積從255 m2 g-1增加到1865 m2 g-1，與PASP500相比，PASP700的比表面積增加到420.0%，總的孔體積增加到381.3%，而PASP800的比表面積增加到731.4%，總的孔體積增加到725.0%。然而它的N含量從8.51%下降到3.83%。PASP700電極材料展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在1 A g-1的電流密度下，

4、比電容可以達(dá)到161Fg-1，經(jīng)過5000次的充/放電循環(huán)，比電容仍然保留原來的97%，這說明PASP700電極材料具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能。⑵以聚天冬氨酸為原料，采用氯化鋅活化法在700oC下制備了氮摻雜的N-APCs材料，考察了氯化鋅和聚天冬氨酸比例對材料的影響。結(jié)果表明，N-APCs的形貌和結(jié)構(gòu)主要依賴于活性劑的添加量。N-APCs具有大量的微孔，大的比表面積（高達(dá)1814 m2 g-1）和高的氮含量。在氯化鋅和聚天冬氨酸比例為2:

5、1下制備的活性炭具有最優(yōu)的電化學(xué)性能，在0.5 A g-1的電流密度下比電容高達(dá)265 F g-1。在5 A g-1的電流密度下其經(jīng)過5000次的充/放電循環(huán)，電容保持率仍然高達(dá)93%。它的優(yōu)異性能歸功于高的比表面積以及最佳的微孔和中孔體積。⑶以聚天冬氨酸作為碳源，Ca(OH)2和NH4Cl混合物作為氮源和活化劑，一步法活化摻氮，成功制備了具有褶皺形貌的多孔氮摻雜碳材料，氮含量高達(dá)13.8%。N-PASP800電極材料在電流密度為0.5