以密中質(zhì)組為原料,氫氧化鉀為活化劑,納米氧化鋁為硬模板劑或微晶纖維素為軟模板劑,采用一步碳化/活化法制備了多孔碳材料并將之用于超級電容器電極。用BET、SEM等進(jìn)行多孔碳的結(jié)構(gòu)表征,用電化學(xué)工作站二電極體系對多孔碳組裝的雙電層電容器進(jìn)行循環(huán)伏安（CV）、恒流充放電（GCD）、交流阻抗（EIS）等測試�？疾炝四０灞龋０鍎�:密中質(zhì)組）、活化比（氫氧化鉀:密中質(zhì)組）、活化溫度、活化時(shí)間四個(gè)因素對多孔碳的孔結(jié)構(gòu)調(diào)控和多孔碳電極的電化學(xué)性能的影響。以納米氧化鋁為硬模板劑時(shí),密中質(zhì)組、納米氧化鋁以及氫氧化鉀的最優(yōu)質(zhì)量比為1:2:3,最適溫度為750℃,得到的多孔碳具有2659 m²/g的大比表面積和1.542 cm³/g的孔體積,制備成電極時(shí)具有最優(yōu)異的電化學(xué)性能,在電流密度為0.1 A/g時(shí),比電容為398 F/g;電流密度增加到2 A/g,比電容降到250 F/g,倍率性能為63%,循環(huán)充放電4000次,比電容的保有率仍然有73.4%,能量密度和功率密度分別為70.9 Wh/kg和5431 W/kg。在造孔過程中,被密中質(zhì)組包覆的納米氧化鋁模板通過... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

煤萃取/反萃取流程圖

3氧化鋁為模板劑制備多孔碳的孔結(jié)構(gòu)調(diào)控及其電化學(xué)性能293.3.2活化比對多孔碳微觀形貌的影響從圖3-5（f）可以看出，M1A0K0中存在孔道、突起小球和少量微孔結(jié)構(gòu)，原因是密中質(zhì)組流動不均勻，熱解產(chǎn)生的氣體無法沖破密中質(zhì)組較厚的地方，大量氣體堆積從較薄的密中質(zhì)組處釋放產(chǎn)生微孔以及孔道；從圖3-5（e和b）可以看出，熱解氣體都可以釋放出來，但是無納米氧化鋁加入的多孔碳熱解氣體釋放不均勻，納米氧化鋁的加入改變了多孔碳的孔結(jié)構(gòu)，使孔徑尺寸更加均勻；從圖305（a）可以看出，活化比為2時(shí)，孔與孔之間的距離較遠(yuǎn)，孔結(jié)構(gòu)僅限于多孔碳表面，孔數(shù)量較少，這是因?yàn)榛罨容^小時(shí)，氫氧化鉀的活化位點(diǎn)較少，活化反應(yīng)不能充分進(jìn)行；活化比增加到3時(shí)，M1A2K3的表面孔數(shù)量增多，不僅限于多孔碳的表面，多了一些深層次的孔，孔與孔緊密相連，且孔尺寸比較均勻，平均孔徑減小，微孔-中孔-大孔結(jié)構(gòu)適宜，有利于電解液的緩沖和電解質(zhì)離子的快速轉(zhuǎn)移；從圖3-5（c和d）中可以看出，當(dāng)活化比繼續(xù)增加超過4之后，可以看到表面的孔結(jié)構(gòu)有一部分已經(jīng)被破碎，導(dǎo)致比表面積降低，這與孔結(jié)構(gòu)參數(shù)變化相一致。圖3-5多孔碳材料的SEM圖:(a)M1A2K2;(b)M1A2K3;(c)M1A2K4;(d)M1A2K5;(e)M1A0K3;(f)M1A0K0Figure3-5theSEMimagesof(a)M1A2K2;(b)M1A2K3;(c)M1A2K4;(d)M1A2K5;(e)M1A0K3and(f)M1A0K03.3.3活化比對電化學(xué)性能的影響圖3-6為不同活化比下多孔碳的循環(huán)伏安曲線。從圖中可知，所有樣品的循環(huán)伏安曲線都具有一定的類矩形性，且均沒有氧化還原峰出現(xiàn)，是典型的雙電層

碩士學(xué)位論文38的加入可以很好的改變多孔碳的孔結(jié)構(gòu)，提高多孔碳的中孔率，為電解質(zhì)的擴(kuò)散提供較多的離子通道，減小擴(kuò)散電阻，提高多孔碳的比表面積利用率。其次，固定模板比為2，活化溫度為750℃和活化時(shí)間為2h，改變活化比對多孔碳的孔結(jié)構(gòu)調(diào)控作用，只有納米氧化鋁活化的樣品以中孔結(jié)構(gòu)為主，中孔率達(dá)到94％，隨著活化比的增加，中孔率不斷下降，說明氫氧化鉀的加入使多孔碳的微孔結(jié)構(gòu)增加和比表面積增大，可以提高多孔碳的電化學(xué)性能。因此，通過調(diào)節(jié)模板比和活化比，可以找到比表面積大、孔結(jié)構(gòu)適宜且電化學(xué)性能最優(yōu)的多孔碳。最后，固定模板比為2，活化比為3和活化時(shí)間為2h，改變活化溫度對多孔碳的孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用，隨著溫度的升高，中孔體積增加，比表面積下降。3.6納米氧化鋁為模板劑和KOH制備多孔碳的造孔機(jī)理分析（Mechanismanalysisofporouscarbonpreparedbynano-aluminaasTemplateagentandKOH）結(jié)合多孔碳的孔徑分布和微觀形貌，推測納米氧化鋁為硬模板劑和氫氧化鉀為活化劑的造孔機(jī)理過程如圖3-11所示。圖3-11納米氧化鋁為模板劑和KOH制備多孔碳的機(jī)理圖Figure3-11Mechanismdiagramofpreparingporouscarbonbynano-aluminaastemplateagentandKOH加熱密中質(zhì)組、納米氧化鋁和KOH的混合物，200℃以上，密中質(zhì)組開始軟化，隨著溫度升高，軟化程度增加，當(dāng)溫度升高到380℃，密中質(zhì)組具有良好的流動性，氫氧化鉀開始熔化，密中質(zhì)組攜帶著氫氧化鉀包覆納米氧化鋁顆粒，使密中質(zhì)組得到較好的分散，保證熱解過程中生成的氣體可以均勻的逸出，當(dāng)溫度升高到540℃，密中質(zhì)組固化，氫氧化鉀開始起主要造孔作用，刻蝕碳原子得到較多的微孔結(jié)構(gòu)，反應(yīng)結(jié)束后，用鹽酸除去納米氧化鋁和氫氧化鉀產(chǎn)物，得到多孔碳材料。

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本文編號：3417946