隨著科技進步和社會發(fā)展,人類對于能源的需求越來越大,加劇了能源短缺危機,伴隨而來的環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)峻。作為新型電能存儲設(shè)備的超級電容器,正切合了能源方面的需求,受到了廣泛關(guān)注。超級電容器的性能主要取決于電極材料及電解液,因此電極材料的制備以及電解液的選取是至關(guān)重要的。生物質(zhì)炭具有比表面積大,孔結(jié)構(gòu)豐富的優(yōu)點,特別是由木棉纖維原料制備的生物質(zhì)炭具備獨特的管狀結(jié)構(gòu)和2D片層結(jié)構(gòu),是很有潛力的電極材料之一。針對木棉纖維基生物質(zhì)炭電極材料,選擇合適的電解液,特別是氧化還原型電解液,對于進一步提高電化學(xué)性能有重大意義。本論文以木棉纖維作前驅(qū)體,制備生物質(zhì)炭,對生物質(zhì)炭制備條件進行優(yōu)化,并對電解液進行改進,以提高木棉纖維基生物質(zhì)炭的電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容如下:(1)采用一步熱解法,調(diào)節(jié)木棉纖維基生物質(zhì)炭的熱解溫度,制備得到不同熱解溫度下的生物質(zhì)炭,并作為超級電容器電極材料。結(jié)果表明,當(dāng)熱解溫度為750℃時,制備出的生物質(zhì)炭C_(KF)-750具有大量微孔和介孔,比表面積達1125.7m2/g。在1 A/g的電流密度下,其比電容為283F/g。而且經(jīng)過10000次的循環(huán)充放電,比電容幾乎不下降。(2)以氫氧化鉀作為活化劑,采用兩步法,制備出2D木棉纖維基生物質(zhì)炭納米片。調(diào)整堿炭比,研究活化劑含量對生物質(zhì)炭納米片結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明,氫氧化鉀能夠破壞木棉纖維層狀結(jié)構(gòu),產(chǎn)生較薄的納米片層。當(dāng)堿炭比為5:1時,制備的2D木棉纖維基生物質(zhì)炭納米片AC_(KF)-5具有超高的比表面積(3359.2 m2/g)和巨大的孔體積(2.1415 m3/g)。在1 A/g的電流密度下,AC_(KF)-5的比電容高達405F/g。同時表現(xiàn)出非常優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。(3)以鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀為氧化還原添加劑,配制新型的氧化還原電解液,通過調(diào)整氧化還原添加劑的配比,研究其對AC_(KF)-5電化學(xué)性能的影響。當(dāng)鐵氰化鉀與亞鐵氰化鉀比例為2:1時,在10 A/g的電流密度下,AC_(KF)-5在該電解液中的比電容可高達3380F/g。即使將電流密度升至30A/g,比電容依然可以達到1170F/g。以AC_(KF)-5制備對稱的超級電容器設(shè)備,新型的氧化還原電解液作介質(zhì),體系的能量密度最高達264.1 Wh/kg。
【學(xué)位單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM53;O613.71
【部分圖文】：

圖１＞４邋（ａ）木棉果實和（ｂ）木棉纖維逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋（ａ）邋Ｋａｐｏｋ邋ｆｒｕｉｔｓ邋ａｎｄ邋（ｂ）邋ｋａｐｏｋ邋ｆｉｂｅｒｓ逡逑Ｘｕ等人對購買得到木棉纖維進行氮氣保護下的熱解碳化及活化處理，并對化溫度、堿炭比、活化時間進行優(yōu)化，得到了具有高比表面積（１６４３．５邋ｍ２／ｇ）的木維基多孔納米片。在７００邋°Ｃ下碳化２邋ｈ，堿炭比５：１，得到的碳材料在１邋ｍｏｌ／Ｌ２ＳＯ４電解液中，可以達到４３０Ｆ／ｇ的比電容（０．５Ａ／ｇ）。而且５０００圈的循環(huán)過后，容并沒有明顯的下降。組成的對稱超級電容器在］２５邋Ｗ／ｋｇ的功率密度下，擁有７．８ｈ／ｋｇ的能量密度。證明木棉纖維是一種很有前景的超級電容器電極材料前驅(qū)體。逡逑Ｘｕ等人利用木棉纖維作為模板，使苯胺聚合在纖維表面，最后用ＮａＯＨ溶浸泡去除模板，制備出了微納結(jié)構(gòu)的中空管狀聚苯胺電極材料，在１邋ｍｏｌ／Ｌ的Ｈ２Ｓ０電解液中具有６６７邋Ｆ／ｇ的比電容。由于生成的聚苯胺具有中空的管道結(jié)構(gòu)，為電解子提供了較好的通道，有利于更充分地利用聚苯胺活性物質(zhì)。同時，殘余的模板棉纖維起到了骨架作用，有效地減弱聚苯胺摻雜／去摻雜過程中的收縮膨脹。他們木棉纖維碳作為骨架，負(fù)載金屬氧化物來研宄其電化學(xué)性能。首先將木棉纖維

研宄中所涉及的電化學(xué)測試都采用ＣＨＩ邋６６０Ｅ電化學(xué)工作站，參比電極是飽和逡逑Ａｇ／ＡｇＣｌ，對電極為鉑絲，電解液一般采用６ｍｏｌ／Ｌ的氫氧化鉀溶液。通常的測試體逡逑系為三電極體系，測試能量密度和功率密度時，為兩電極體系。圖２－１是三電極體系逡逑和兩電極體系不意圖。逡逑１７逡逑

２．邋３．邋３交流阻抗測試逡逑交流阻抗法（ＥＩＳ）是研宄電化學(xué)體系反應(yīng)機理、動力學(xué)過程的重要手段。通過逡逑外加的小幅度交流正弦波電壓擾動（如圖２－３），測量體系的電流或電壓響應(yīng)，由這些逡逑響應(yīng)信息，得出阻抗或?qū)Ъ{，進而分析電化學(xué)體系的反應(yīng)過程。逡逑１９逡逑

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本文編號：2822401