發(fā)布時間：2017-03-23 23:15

  本文關鍵詞：超級電容器用竹筍殼基活性炭材料的制備及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：活性炭材料具有良好的化學和熱穩(wěn)定性,高的比表面積,易于制備以及成本相對低等特點,因而成為了雙電層電容器的首選電極材料,并廣受研究者們的偏愛。然而,傳統(tǒng)活性炭材料的制備多采用煤炭、石油以及木材等作為原料,伴隨而生的負面環(huán)境問題使其受到制約。因此,采用廢棄生物質作為原料制備活性炭材料,備受關注。本論文尋找到一種產量豐富、再生周期短的廢棄生物質竹筍殼作為原料,經(jīng)過碳化、活化處理,成功制備出新型竹筍殼基活性炭材料,并且進一步研究了活化方式對竹筍殼基活性炭材料的物理和電化學性能的影響。本論文的主要研究內容如下:(1)將竹筍殼在600?C下碳化3 h后,使用不同劑量的KOH活化,進一步活化處理竹筍殼基炭材料,得到了孔徑更大、比表面積更高的竹筍殼基活性炭材料。經(jīng)過KOH活化處理后,能有效提升材料的性能,并且隨著KOH劑量的增加,竹筍殼基活性炭材料的比表面積、電化學性能均得到提升,當KOH與竹筍殼基炭材料質量比等于5時,制備了性能最好的竹筍殼基活性炭材料(BSSDAC-5)。所制備的BSSDAC-5比表面積高達3408 m2 g-1,孔徑尺寸為2.52nm。在1 A g-1時的比電容高達308 F g-1,且10000次循環(huán)后容量保持率高達97.4%。(2)分別采用ZnCl2、H3PO4、K2CO3和KOH作為活化劑,一步碳化、活化法制備竹筍殼基活性炭材料,并研究活化方式對所制備材料的孔結構以及電化學性能的影響。通過比較,所制備的竹筍殼基活性炭材料均能得到不錯的效果:ZnCl2活化在600?C下最好,比表面積可達到1697 m2 g-1;H3PO4活化在700?C下最有效,比表面積可達到1260 m2 g-1;K2CO3和KOH活化在900?C下效果最佳,比表面積分別可達到1800 m2 g-1和2109 m2 g-1。AC-ZnCl2-600,AC-H3PO4-700,AC-K2CO3-900和AC-KOH-900在1 A g-1下測得的比電容分別為252 F g-1,211 F g-1,273 F g-1和288 F g-1。AC-KOH-900無論是比表面積還是比電容都取得了最佳的效果,其循環(huán)性能良好,10000次后比電容保持率達到94.4%。(3)將優(yōu)選的竹筍殼基活性炭材料(BSSDAC-5和AC-KOH-900)制備成電極,并采用1 M LiPF6/(EC+DMC)作為電解液組裝有機系超級電容器進行性能表征,研究兩種材料在有機體系中的電化學性能。BSSDAC-5和AC-KOH-900均表現(xiàn)出很好的電容特性,在5 mV s-1下,AC-KOH-900樣品的比電容可達到105 F g-1,而BSSDAC-5樣品的比電容高達156 F g-1。并且,AC-KOH-900和BSSDAC-5具有較高的能量密度,其最大能量密度分別可達到33.2 Wh kg-1和47.5 Wh kg-1。此外,BSSDAC-5和AC-KOH-900的循環(huán)穩(wěn)定性很好,在1 A g-1下,充/放電10000次后,其比電容保持率仍可達90%以上。
【關鍵詞】：超級電容器 活性炭 廢棄生物質 竹筍殼 活化方式
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 概述10-15
• 1.2.1 超級電容器的分類10-11
• 1.2.2 超級電容器的儲能機理11-13
• 1.2.3 超級電容器發(fā)展歷程13
• 1.2.4 超級電容器的優(yōu)勢13-14
• 1.2.5 超級電容器的應用14-15
• 1.3 超級電容器電極材料15-19
• 1.3.1 炭材料15-18
• 1.3.2 金屬氧化物18
• 1.3.3 導電聚合物18-19
• 1.3.4 復合材料19
• 1.4 超級電容器電解液19-20
• 1.5 活性炭材料的發(fā)展20-21
• 1.6 本論文的研究意義與主要研究內容21-23
• 第2章 實驗儀器藥品以及測試方法23-32
• 2.1 主要試劑和儀器23-24
• 2.1.1 主要試劑23
• 2.1.2 主要儀器23-24
• 2.2 超級電容器電極材料物理性能的表征24-27
• 2.2.1 熱重分析24
• 2.2.2 X-射線衍射分析24-25
• 2.2.3 比表面和孔結構分析25-26
• 2.2.4 掃描電子顯微鏡分析26
• 2.2.5 透射電子顯微鏡分析26-27
• 2.3 超級電容器電化學性能測試方法及原理27-31
• 2.3.1 循環(huán)伏安測試27-28
• 2.3.2 交流阻抗測試28-29
• 2.3.3 恒電流充/放電測試29-31
• 2.3.4 循環(huán)壽命測試31
• 2.4 電極的制備和超級電容器的組裝31-32
• 第3章 竹筍殼基活性炭材料的制備及其超級電容性能研究32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 實驗32-33
• 3.2.1 材料合成32-33
• 3.2.2 電化學性能測試33
• 3.3 結果與討論33-40
• 3.3.1 結構分析33-36
• 3.3.2 電化學性能分析36-40
• 3.4 本章小結40-42
• 第4章 活化方式對竹筍殼基活性炭材料的結構及電容性能的影響42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 實驗42-43
• 4.2.1 材料合成42-43
• 4.2.2 電化學性能測試43
• 4.3 結果與討論43-51
• 4.3.1 結構分析43-48
• 4.3.2 電化學性能分析48-51
• 4.4 本章小結51-52
• 第5章 竹筍殼基活性炭在有機電解液中的電容特性研究52-59
• 5.1 引言52
• 5.2 有機系電容器的電容性能測試與分析52-58
• 5.3 本章小結58-59
• 第6章 結論與展望59-61
• 6.1 結論59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻61-67
• 致謝67-68
• 個人簡歷68-69
• 碩士期間公開發(fā)表的論文69

  本文關鍵詞：超級電容器用竹筍殼基活性炭材料的制備及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：264742