【摘要】：電化學(xué)電容器(也稱超級電容器)由于具有快速充放電、高的功率密度、循環(huán)壽命長和環(huán)境友好等特點,受到了廣泛關(guān)注。電極材料是決定電化學(xué)電容器性能的關(guān)鍵因素。多孔炭材料具有比表面積高、價格低廉以及導(dǎo)電性良好等特點,使其成為制備電化學(xué)電容器電極的首選材料。研究與開發(fā)具有高比表面積和適當(dāng)孔隙的多孔炭是電極材料的研究熱點。本論文以廉價的褐煤為碳源,通過摻雜木質(zhì)素和水熱炭化兩種方法制備改性褐煤基多孔炭并將其作為電化學(xué)電容器的電極材料。采用氮氣等溫吸附法、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、拉曼光譜(Raman)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和透射電子顯微鏡(TEM)等對所制備的多孔炭結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,同時對多孔炭作為電極材料的循環(huán)伏安、恒電流充放電和交流阻抗等電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)勝利褐煤摻雜木質(zhì)素共炭化活化制備改性褐煤基多孔炭。研究發(fā)現(xiàn),木質(zhì)素的失重范圍較寬有利于孔道的拓展與延伸進(jìn)而提高褐煤的孔隙,加入木質(zhì)素可顯著增大多孔炭的比表面積,但過量木質(zhì)素加入發(fā)生擴(kuò)孔作用導(dǎo)致部分孔的塌陷使多孔炭的比表面積減小。不同制備工藝所得多孔炭作為雙電層電容器電極材料均具有良好的電化學(xué)性能,表現(xiàn)出典型的電容器特征,且比電容隨著多孔炭的比表面積的增大而逐漸增大,但是二者不呈簡單的線性正比關(guān)系�？讖椒植紝Ρ入娙菀灿休^大的影響,2 nm以下的孔有利于增大比電容,活化溫度的升高促進(jìn)中孔的生成。制備的多孔炭PCA2(木質(zhì)素與褐煤質(zhì)量比為5:5、炭化溫度為500 ~oC、活化溫度為700 ~oC和堿炭比為3:1)有較大的比表面積和較好的孔徑分布,在電流密度為40 mA g~(-1)時,比電容高達(dá)341 F g~(-1)。(2)對勝利褐煤進(jìn)行水熱炭化處理,用KOH活化制備改性褐煤基多孔炭。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)水熱炭化處理所得多孔炭比直接活化褐煤所得多孔炭比表面積大,且多孔炭主要是以微孔為主。改變水熱炭化溫度、堿炭比和活化溫度等參數(shù),可有效調(diào)控多孔炭孔結(jié)構(gòu)。在水熱炭化溫度為200 ~oC,堿炭比為3:1和活化溫度為800 ~oC,所得多孔炭的比表面積為3069m~2 g~(-1),孔體積為1.68 cm~3 g~(-1),其表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,當(dāng)電流密度從40 mA g~(-1)增加到10 A g~(-1),比電容僅從295 F g~(-1)下降到210 F g~(-1),說明多孔炭電極材料具有好的倍率性能。且經(jīng)過15000次循環(huán),比電容下降率僅為6.2%,具有優(yōu)異的循環(huán)性能。
【圖文】：

乙炔黑 — 合肥科晶材料技術(shù)有限公司泡沫鎳 — 合肥科晶材料技術(shù)有限公司隔膜（PPAT-CN1(2)） — 上海世龍科技有限公司氬氣 高純 徐州特種氣體廠炭的制備（Preparation of PCs）質(zhì)素?fù)诫s褐煤共炭化活化制備多孔炭褐煤木質(zhì)素共炭化焦KOH活化多孔炭水洗酸洗圖 2-1 木質(zhì)素?fù)诫s褐煤多孔炭制備流程圖Figure 2-1 The preparation process of PCs from the lignin-doped lignite3

圖 2-4 六種類型吸脫附等溫線Figure 2-4 Types of adsorption-desorption isotherms器組裝及其電化學(xué)性能分析（ECs Assembler and Elence Analysis）電極的制備質(zhì)（多孔炭）、導(dǎo)電劑（乙炔黑）和粘合劑（聚四氟乙烯乳液，，:5 進(jìn)行混合研磨，然后用 6 MPa 的壓力將其壓制成直徑約 13 mm鎳作為集流體，活性物質(zhì)質(zhì)量約為 10 mg。雙電層電極片的制備電極材料粘合劑乙炔黑混合 壓制集流體電極極片相對壓強(qiáng)（P/P0）
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2696496