活性炭的冷凍制備及其與氧化錳復(fù)合的研究

發(fā)布時(shí)間：2020-04-21 05:54

【摘要】：超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的儲(chǔ)能元件,具有能量密度高、功率密度高、使用壽命長(zhǎng)、充電速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)。在移動(dòng)通信、電子設(shè)施、電動(dòng)/混動(dòng)汽車和國(guó)防武器等領(lǐng)域具有重要和廣闊的應(yīng)用前景,因此得到較高的關(guān)注與研究。超級(jí)電容器的核心關(guān)鍵技術(shù)在于制備電化學(xué)性能優(yōu)異且性價(jià)比高的電極材料。本文開展了高性能活性炭的制備,同時(shí)研究了活性炭與氧化錳復(fù)合的制備、表征及其作為超級(jí)電容器中電極材料的應(yīng)用研究。本文的主要研究結(jié)果為:(1)以椰殼為原料,采用KOH作為活化劑進(jìn)行化學(xué)活化法制備活性炭。探討了堿碳比、活化時(shí)間和活化溫度對(duì)活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)和電容特性的影響,確定了堿碳比為5:1,活化時(shí)間為3h,活化溫度為800℃的最佳制備工藝參數(shù)。基于上述工藝條件下制備的椰殼基活性炭的碘吸附值達(dá)2857mg/g,比表面積達(dá)到2217m~2/g,平均孔徑為2.96nm,中孔含量高。活性炭電極在2mV/s的掃描速度下的比電容為343.4F/g,當(dāng)掃描速度從2mV/s上升到50mV/s,活性炭電極的比電容保持率達(dá)到90.6%,具有良好的功率特性。(2)對(duì)椰殼進(jìn)行冷凍處理,采用KOH作為活化劑進(jìn)行活性炭制備。探討了堿碳比、冷凍次數(shù)對(duì)冷凍法活性炭孔隙結(jié)構(gòu)和電容特性的影響。研究得到,未冷凍碳化料碘吸附值為247.5mg/g,冷凍2次碳化料碘吸附值為338.1mg/g,碘吸附值提升了36.6%,說(shuō)明冷凍處理能夠有效的增大椰殼的初始孔隙。在冷凍1次,堿碳比為3:1的條件下,活性炭的比表面積達(dá)到2410 m~2/g,平均孔徑為3.35nm,總孔容達(dá)到2.02 cm~3/g,中孔含量高達(dá)62%。掃描速度從2 mV/s上升到50mV/s,該活性炭的比電容保持率高達(dá)到85.0%,表現(xiàn)出了良好的功率特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明冷凍法制備活性炭能夠有效的降低活化劑的使用量,同時(shí)具有較高的比電容,良好孔隙結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的功率特性。(3)將冷凍活性炭與氧化錳進(jìn)行復(fù)合制備冷凍活性炭-氧化錳復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,氧化錳能復(fù)合于在活性炭較大空隙的表面,并提升活性炭的綜合性能,復(fù)合材料在掃描速度為2mV/s時(shí),比電容高達(dá)413.47F/g,當(dāng)掃描速度從2mV/s增加到20mV/s時(shí),比電容保持率高達(dá)90.94%。相比于純活性炭電極,復(fù)合材料電極在2mV/s的掃描速度下比電容提升了20.5%。復(fù)合材料同時(shí)能夠有效提高氧化錳的比電容,改善其功率特性。相比于純氧化錳材料,復(fù)合材料在比電容上提高了120%,比電容的保持率也提升了10%。
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