發(fā)布時(shí)間：2020-10-18 16:10

　　 超級(jí)電容器作為一種能量存儲(chǔ)設(shè)備已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注,其最核心的組件為電極材料。炭材料因其優(yōu)異的性能而被用作超級(jí)電容器電極材料。然而,大部分炭材料復(fù)雜的制備過(guò)程和高昂的價(jià)格限制了它們的商業(yè)運(yùn)用。生物質(zhì)基多孔炭材料由于生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低和價(jià)格低廉能夠作為高效的超級(jí)電容器電極材料。本論文分別以魔芋粉和西瓜皮為原料,通過(guò)常壓高溫?zé)峤?活化的工藝制備了成本低廉、環(huán)境友好的生物質(zhì)多孔炭,并且將聚苯胺生長(zhǎng)到西瓜皮基生物質(zhì)多孔炭上獲得了生物質(zhì)炭/聚苯胺納米復(fù)合物,系統(tǒng)研究了生物質(zhì)多孔炭、生物質(zhì)炭/聚苯胺納米復(fù)合物作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能。論文的主要內(nèi)容如下:(1)以魔芋粉為原料,通過(guò)魔芋粉的預(yù)炭化和KOH活化的工藝制備了價(jià)格低廉、環(huán)境友好的生物質(zhì)多孔炭。預(yù)炭化產(chǎn)物與KOH活化劑的質(zhì)量比為1:5時(shí)獲得的生物質(zhì)多孔炭ACK-5擁有1403.3 m2 g-1的比表面積。將ACK-5作為超級(jí)電容器電極材料,在6 M KOH電解液中,電流密度為1 A g-1時(shí)獲得了216F g-1的比電容。經(jīng)過(guò)5000次的循環(huán),該電極材料仍保持93.7%的循環(huán)穩(wěn)定性。以對(duì)苯二胺作為氧化還原介質(zhì)加入到6M KOH電解液中時(shí),該電極材料獲得的最大比電容可達(dá)609 F g-1 ACK-5//ACK-5對(duì)稱超級(jí)電容器在0.25kW kg-1功率密度下獲得了9.2Wh kg-1的能量密度。(2)以西瓜皮為原料,通過(guò)對(duì)西瓜皮的一步熱解-活化工藝制備得到自身氮摻雜的生物質(zhì)多孔炭材料。西瓜皮與KOH活化劑的質(zhì)量比為1:2時(shí)獲得的生物質(zhì)多孔炭ACw-2擁有1303.3m2 g-1的比表面積和大量的含氮、含氧官能團(tuán)。將ACw-2作為超級(jí)電容器電極材料,電流密度為1 A g-1時(shí),在6M KOH電解液中獲得了260F g-1的比電容。在掃描速率100mV s-1下,經(jīng)過(guò)5000次的循環(huán),該電極材料的電容保留率仍維持在93.8%。以對(duì)苯二胺作為氧化還原介質(zhì)加入到在6 M KOH電解液中時(shí),該電極材料獲得的最大比電容為852F g-1,ACw-2//ACw-2對(duì)稱超級(jí)電容器獲得了 12.9Wh kg-1的能量密度。(3)通過(guò)原位聚合法,將聚苯胺負(fù)載到ACw-2生物質(zhì)多孔炭表面獲得一種高性能的生物質(zhì)炭/聚苯胺納米復(fù)合物。ACw-2與聚苯胺的質(zhì)量比為20:80時(shí)獲得ACPA-2樣品,由于靜電和范德華力的作用,聚苯胺納米纖維狀陣列均勻生長(zhǎng)在ACw-2表面。以ACPA-2作為超級(jí)電容器電極材料,在電流密度為1 A g-1時(shí)獲得了520F g-1的比電容。經(jīng)過(guò)2000次的循環(huán),該電極材料仍保持85.3%的循環(huán)穩(wěn)定性。另外,以ACPA-2作為正極,ACw-2為負(fù)極裝配成不對(duì)稱超級(jí)電容器,獲得了 1.8V的電勢(shì)窗和21.2Wh kg-1的能量密度。因此,生物質(zhì)多孔炭ACK-5、ACW-2和AC PA-2復(fù)合物均可以作為性能優(yōu)異的超級(jí)電容器的電極材料。
【學(xué)位單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O613.71;TB383.4
【部分圖文】：

圖ｉ－ｉ片層狀生物質(zhì)炭形貌［３ｗｉ］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｌａｋｅ?ｂｉｏｍａｓｓ?ｃｈａｒｃｏａｌ１１０?３１１??（２）球狀生物質(zhì)炭??生物質(zhì)炭球之間往往不會(huì)發(fā)生堆疊，擁有較高的比表面積。Ｐａｒｉ等［３２］將木薯粉在２５０熱處理８?ｈ，然后將水熱處理的炭與ＫＯＨ共混，在８００?°Ｃ下加熱活化，鹽酸洗滌后得狀生物質(zhì)炭。形貌如圖ｌ－２（ａ）所示。獲得的生物質(zhì)炭球的擁有９８６?ｍ２?ｇ—１的比表面積，直徑在１０＾�。保弊笥�。（＾３１＾等［３３］將馬鈴薯淀粉在１８０°（：水熱處理１６?１１，將水熱處理后氮?dú)鈿夥障拢梗埃?°Ｃ高溫加熱后獲得球狀的生物質(zhì)炭。形貌如圖ｌ－２（ｂ）所示。所得到的物質(zhì)炭擁有４５６?ｍ２?ｇ—１的比表面積，球的直徑在２５０?ｎｍ左右。??

?ｉＨＢＰｈｐｉｉｉＨｐ、．??圖１－３纖維狀生物質(zhì)炭形貌［３４’３５］??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｉｂｒｏｕｓ?ｂｉｏｍａｓｓ?ｃｈａｒｃｏａｌ＾４?ｊ５＾??（４）多孔生物質(zhì)炭??生物質(zhì)多孔炭具有大的比表面積和發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)，并且能夠再生和綠色環(huán)保，擁有很??多的應(yīng)用領(lǐng)域。１＾等［３６］以香蕉皮為生物質(zhì)炭的原料，將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的香蕉皮與ＺｎＮ０３浸泡??一周，然后將其與２－氨基酚共混，反應(yīng)一周后，高溫炭化后獲得多孔的生物質(zhì)炭。形貌如??圖ｌ－４（ａ）所示。獲得的多孔生物質(zhì)炭的比表面積高達(dá)１６５０?ｍ２?ｇ＇孔徑為３．０１?ｎｍ左右。Ｈａｏ??等１２３１將干燥的甘蔗渣經(jīng)過(guò)預(yù)處理，再用冷凍千燥的方法獲得氣凝膠。先將氣凝膠在８００?°Ｃ??進(jìn)行高溫?zé)峤�，再將熱解產(chǎn)物與ＫＯＨ共混，在７００?°Ｃ進(jìn)行活化，最后用鹽酸進(jìn)行洗滌。形??貌如圖ｌ－４（ｂ）所示。獲得的樣品比表面積值為１８９２．４?ｍ２＾，平均孔徑為２?ｎｍ。??圖１－４多孔狀生物質(zhì)炭形貌［２３’３６］??Ｆｉｇ．?１?－４?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｏｒｏｕｓ?ｂｉｏｍａｓｓ?ｃｈａｒｃｏａｌ＾３＇３６＇??１．５生物質(zhì)多孔炭??生物質(zhì)多孔炭作為生物質(zhì)炭材料的重要組成部分，除了生物質(zhì)炭較大的比表面積、來(lái)??源廣泛、表面豐富的官能團(tuán)和穩(wěn)定的物理化學(xué)性能的特點(diǎn)外

進(jìn)行高溫?zé)峤�，再將熱解產(chǎn)物與ＫＯＨ共混，在７００?°Ｃ進(jìn)行活化，最后用鹽酸進(jìn)行洗滌。形??貌如圖ｌ－４（ｂ）所示。獲得的樣品比表面積值為１８９２．４?ｍ２＾，平均孔徑為２?ｎｍ。??圖１－４多孔狀生物質(zhì)炭形貌［２３’３６］??Ｆｉｇ．?１?－４?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｏｒｏｕｓ?ｂｉｏｍａｓｓ?ｃｈａｒｃｏａｌ＾３＇３６＇??１．５生物質(zhì)多孔炭??生物質(zhì)多孔炭作為生物質(zhì)炭材料的重要組成部分，除了生物質(zhì)炭較大的比表面積、來(lái)??源廣泛、表面豐富的官能團(tuán)和穩(wěn)定的物理化學(xué)性能的特點(diǎn)外，還具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)??６??
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本文編號(hào)：2846520