【摘要】：當前具有功率密度高、循環(huán)壽命長、快速充放電及綠色環(huán)保等優(yōu)點的超級電容器作為新型儲能裝置已步入了高速發(fā)展和應用階段。然而其相對較低的能量密度限制了其進一步應用。超級電容器的性能主要受電極材料性能影響,碳材料是使用最為廣泛的電極材料之一。國內外生物質多孔碳的制備方法多使用強酸,強堿,制備步驟復雜,成本高且對環(huán)境影響較大。如何在提高碳材料電化學性能的同時,采用環(huán)境友好的制備方法來降低成本成為目前亟待解決的重要課題。本文提出兩種綠色環(huán)保的方法,分別以天然生物基材料開心果殼和核桃殼為碳源,制備了兩種生物質多孔碳材料并研究了其作為超級電容器電極材料的性能,為低成本多孔碳電極材料的綠色制備提供了新途徑。主要研究內容如下:1、以開心果殼為碳源,采用超臨界水熱和KOH活化方法制備開心果殼基多孔碳材料,并對材料進行物理表征和電化學測試。該方法大幅度減少了傳統(tǒng)活化方法中強堿的使用量,測試結果表明,樣品S1顯示電化學性能最好,在0.5 Ag~(-1)時具有232 Fg~(-1)(260 Fcm~(-3))的高電容,在100 Ag~(-1)仍然具有144 Fg~(-1)(161 Fcm~(-3))的電容。在循環(huán)10000次之后,比電容保持率在90%以上。雙電極對稱電池測試表明材料在超級電容器上的潛在應用價值。2、以核桃殼為碳源,植酸為活化劑,在氮氣氛圍中煅燒制備了核桃殼基磷摻雜多孔碳材料。研究表明,添加適量的植酸,所制備的材料的石墨化程度增高,樣品的孔狀結構明顯增多,但是當植酸添加量過多時其石墨化程度反而降低,石墨的平面結構被破壞。樣品A1電化學性能表現最佳,其比表面積為762 m~2g~(-1),微孔比表面積達到581 m~2g~(-1),在1M H_2SO_4電解液三電極體系中顯示出高的比電容(320 Fg~(-1),0.5 Ag~(-1))以及優(yōu)異的倍率性能,在20 Ag~(-1)時仍具有73%的電容保留率。交流阻抗測試結果表明材料具有較低的電阻。在10 Ag~(-1)的電流密度下循環(huán)10000次后電容保持率為98%,表明材料具有良好的循環(huán)性能。
【圖文】：

圖 1-1 雙層電容器工作原理圖在放電時，氧化還原離子被轉移到電解質溶液中以實現電能的釋放。導電聚物好的導電性，而且它可以用作電極材料。用作超級電容器的電極材料的常用電聚合物是聚乙炔，聚苯胺等。這些材料擁有較強的氧化還原可逆性和導電性，的離子遷移速率，快速充放電等特點，從而在提高電容量和能量密度上有很大優(yōu)勢。但是，影響贗電容器材料的性能受很多因素影響，主要因素有結構形態(tài)，化還原可逆性，導電性等。從結構方面來講，如果材料沒有納米微觀形態(tài)和優(yōu)的孔，則電解質離子不能順暢的通過，氧化還原反應速率降低。同時，贗電容材料的要求要遠高于雙電層電容器，比如，，如何有效控制化學反應的容易性和逆性。雙層電容器的工作機理是基于界面雙層理論，通過電解質與電極材料界面形的雙層存儲電荷，實現儲能，如圖 1-1 所示。當施加的電壓被去除和放電時，

21圖 3.1 （a）為 S0 的 SEM 圖；（b）為 S1 的 SEM 圖；（c）為 S2 的 SEM 圖；（d）為 S3的 SEM 圖；（e）S1 的 TEM 圖；（f）S1 的 HRTEM 圖圖 3.1 展示了不同配比所制得多孔碳的掃描電鏡圖和透射電鏡圖。圖（a）中插圖表示的是所制得多孔碳與 YP-50 活性炭相同重量的體積差異，分析得出，樣品的密度均比 YP-50 活性炭密度大。質量相同的時候，S1 的體積約為 YP-50的一半。與 干燥‖活化樣品的層狀形態(tài)完全不同，樣品呈現不規(guī)則的顆粒形狀。
【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ127.11;TM53

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本文編號：2709048