本文關(guān)鍵詞：生物質(zhì)基活性碳材料的制備及電化學(xué)性能的研究

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【摘要】：生物質(zhì)由于其具有可再生、成本低廉、來源廣泛、機(jī)械性能好等特點(diǎn),使得生物質(zhì)材料作為新型儲能設(shè)備的電極材料成為可能。本論文主要研究了不同種類生物質(zhì)基活性碳的制備及超電容性能。主要內(nèi)容如下:以真菌木耳作為碳源、氫氧化鉀為活化劑,制備了具有超大比表面積的活性碳材料,比表面積和孔容分別達(dá)到了3160 m2 g-1和1.73 cm3 g-1。利用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡,氮?dú)馕摳椒治黾半娀瘜W(xué)測試對樣品的微觀形貌,孔道結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)木耳碳化物與氫氧化鉀的質(zhì)量比為1:4時(shí),材料獲得了最大的比表面積和孔容。在6 M KOH電解液中,1 A g-1電流密度下,材料的比容量達(dá)到了292 F g-1,表現(xiàn)出優(yōu)異的超電容性能。以平菇為碳源,采用水熱碳化結(jié)合KOH活化的方法制備出了具有大孔、介孔和大量微孔多級孔道生物質(zhì)基活性碳材料,并研究了不同水熱溫度下材料的孔結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。結(jié)果表明,當(dāng)水熱溫度為200℃時(shí),材料的獲得了最大的比表面積(1553 m2 g-1)和孔容(0.98 cm3 g-1),平菇基活性碳在1 A g-1電流密度下的比容量為203 F g-1,獲得了較高的比容量。電流密度達(dá)到10 A g-1時(shí),樣品的比容量為依然可以達(dá)到169 F g-1,表現(xiàn)出較為良好的倍率性能。以脫脂棉為原材料、尿素為氮源、氫氧化鉀為活化劑,采用高溫?zé)峤夥ㄖ苽淞舜蟊缺砻娣e高摻氮量活性碳材料。結(jié)果表明采用熱解的方法同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對材料的活化和氮摻雜。所制備的棉花基活性碳材料摻氮量高達(dá)6.31%,并且氮摻雜后材料的比表面積依然達(dá)到了2714 m2 g-1。在1 M H2SO4電解液中,10mV s-1掃速下材料的比容量達(dá)到了231 F g-1,表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。以芒果核作為碳源,采用自活化法高溫碳化制備出具有大量介孔和大孔結(jié)構(gòu)的碳材料。通過自活化法制備的樣品的比表面積依然達(dá)到了1305 m2 g-1,在5 mV s-1掃速下的比容量為130 F g-1。雖然樣品的比容量不高,但自活化法獲得的大量介孔和大孔使得材料表現(xiàn)出了極其優(yōu)異的倍率性能。在100mV s-1的大掃速條件下,自活化碳材料的電容保持率依然高達(dá)82%。因此,制備具有大比表面積同時(shí)具有大量介孔和大孔的活性碳材料對于超級電容器電極材料的研究具有重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：生物質(zhì) 超級電容器 水熱碳化 氮摻雜 比表面積
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 超級電容器的簡介13-16
• 1.1.1 超級電容器的工作機(jī)理及分類14-15
• 1.1.2 超級電容器的特點(diǎn)15-16
• 1.1.3 超級電容器的應(yīng)用領(lǐng)域16
• 1.2 超級電容器碳基電極材料簡介16-19
• 1.2.1 影響碳材料電容性能的因素17-19
• 1.3 生物質(zhì)簡介19-20
• 1.3.1 生物質(zhì)的特點(diǎn)19
• 1.3.2 生物質(zhì)的應(yīng)用19-20
• 1.4 生物質(zhì)活性碳的制備方法簡介20-22
• 1.4.1 碳化21-22
• 1.4.2 碳材料的活化：22
• 1.5 本論文的選題依據(jù)、研究思路和主要內(nèi)容22-25
• 1.5.1 本論文的選題依據(jù)22
• 1.5.2 本論文的研究思路22-23
• 1.5.3 本論文的主要內(nèi)容23-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)技術(shù)和表征方法25-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原材料25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備25-26
• 2.3 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征26
• 2.4 電極的制備及電化學(xué)性能測試26-27
• 第三章 大比表面積活性碳的制備及超電容性能27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分27-28
• 3.2.1 木耳基生物質(zhì)活性碳的制備27-28
• 3.2.2 不同種類生物質(zhì)活性碳的制備28
• 3.2.3 產(chǎn)物的命名28
• 3.3 結(jié)果與討論28-39
• 3.3.1 木耳基活性碳的結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)表征28-34
• 3.3.2 不同種類生物質(zhì)活性碳的結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)表征34-39
• 3.4 機(jī)理分析39
• 3.5 結(jié)論39-41
• 第四章 多級孔生物質(zhì)活性碳的制備及超電容性能41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分41-42
• 4.2.1 水熱碳化法制備生物質(zhì)活性碳41-42
• 4.2.2 水熱浸漬法制備生物質(zhì)活性碳42
• 4.2.3 產(chǎn)物的命名42
• 4.3 結(jié)果與討論42-53
• 4.3.1 水熱碳化法制備活性碳的結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)性能42-49
• 4.3.2 水熱浸漬法制備活性碳49-53
• 4.4 結(jié)論53-55
• 第五章 氮摻雜生物質(zhì)基活性碳的制備及超電容性能55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分55-56
• 5.2.1 材料的制備55
• 5.2.2 產(chǎn)物的命名55-56
• 5.3 結(jié)果與討論56-62
• 5.3.1 棉花基氮摻雜活性碳的結(jié)構(gòu)與組成表征56-59
• 5.3.1.1 XRD表征56
• 5.3.1.2 SEM和TEM表征56-59
• 5.3.2 AC和N-AC-1 樣品在堿性電解液體系下的電化學(xué)性能59-60
• 5.3.3 AC和N-AC-1 樣品在酸性電解液體系下的電化學(xué)性能60-62
• 5.4 總結(jié)62-63
• 第六章 自活化法制備生物質(zhì)碳材料及超電容性能63-71
• 6.1 引言63
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分63-64
• 6.2.1 材料的制備63-64
• 6.2.2 材料的命名64
• 6.3 結(jié)果與討論64-69
• 6.3.1 芒果核基活性碳的結(jié)構(gòu)表征64-67
• 6.3.2 A-MN和SA-MN樣品的電化學(xué)性能分析67-69
• 6.3.3 機(jī)理分析69
• 6.4 本章小結(jié)69-71
• 第七章 總結(jié)與展望71-73
• 7.1 總結(jié)71-72
• 7.2 研究工作展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-80
• 致謝80-81
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：831112