氧化鎂模板法制備瀝青基多孔碳及超級(jí)電容器性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種新型環(huán)保的能源儲(chǔ)存裝置，又被稱(chēng)作電化學(xué)電容器，具有高能量密度、高功率密度、優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性和快速充放電等諸多優(yōu)點(diǎn)，近幾年逐漸受到人們的關(guān)注成為研究熱點(diǎn)。在超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)組成中電極材料是其電容器電化學(xué)性能最關(guān)鍵的因素。煤瀝青是焦炭生產(chǎn)過(guò)程中的主要副產(chǎn)品，利用其碳化產(chǎn)率高、分子量低、資源豐富和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，可將其制備成用于超級(jí)電容器的電極材料。本論文以煤瀝青為碳源，分別研究氫氧化鉀活化劑的混入方式及比例、氧化鎂模板的加入和

2、氮元素的摻雜對(duì)所制備碳電極材料結(jié)構(gòu)的影響及電化學(xué)性能變化。
　　首先，以煤瀝青為碳源，KOH為活化劑，分別采用研磨法和浸漬法以及不同活化比例制備多孔碳材料。其中，用浸漬法制備的碳材料其表面均勻分散大量的孔洞，而用研磨法制備的碳材料表面則存在許多不規(guī)則的小孔及少量大孔，說(shuō)明采用浸漬法更能夠使瀝青與KOH活化劑充分混合達(dá)到最大限度活化的效果。當(dāng)活化比例為1∶2時(shí)，用浸漬法制備的碳材料其比表面積最大，可達(dá)到1012 m2g-1，平均孔徑

3、為2.68 nm;在6 mol/L的KOH電解液中，1 A/g的電流密度下，其比電容最高為331 F g-1，隨著電流密度的增加，在20A/g的電流密度下其比電容為240 Fg-1，比電容率為72.5％，具有良好的倍率性能?？梢?jiàn)，浸漬法是KOH活化劑混合瀝青制備碳材料的最佳方式。
　　其次，利用氯化鎂與尿素反應(yīng)生成堿式碳酸鎂，將其熱解產(chǎn)生氧化鎂，以MgO為模板劑，混合瀝青與KOH活化劑制備出兼具微孔、中孔及大孔的多級(jí)孔碳材料。該碳

4、材料是由一層層薄片疊加而成，整體呈層狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)瀝青/KOH為1∶2，煅燒溫度為800℃時(shí)，所制備的多級(jí)孔碳材料其比表面積可達(dá)1455 m2g-1，平均孔徑介于4.93～6.55 nm之間，其比電容為290 F g-1，電流密度增大到20 A g-1時(shí)，比電容還保持有250 F g-1，保持率可達(dá)到86％。雙電極系統(tǒng)在堿性電解液與中性電解液中的電化學(xué)性能略有不同，在電流密度為1A g-1時(shí)，堿性電解液中碳材料的功率密度為493.2Wkg-

5、1，能量密度為8.58 Wh kg-1;而在中性電解液中其功率密度為873.6 W kg-1，能量密度為20.28 Wh kg-1。
　　最后，以三聚氰胺為氮源，混合瀝青、KOH活化劑和MgO模板制備氮摻雜多孔炭。考察不同活化劑用量和不同煅燒溫度對(duì)碳材料孔結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。通過(guò)觀(guān)察掃描電鏡圖可知，未活化碳材料由一層一層的薄片堆積而成，碳結(jié)構(gòu)骨架上含有少量微孔;而經(jīng)活化作用后的碳材料富含中孔及大孔，且孔與孔相通。當(dāng)煅燒溫度為7