本文關(guān)鍵詞： 空心多孔碳微球 活化 離子液體 碳化鉻骨架碳 氮硫共摻雜 超級電容器　出處：《湘潭大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：超級電容器,也稱電化學電容器,由于其功率密度高、充放電迅速、循環(huán)壽命長以及快速有效的電荷傳播動力學等優(yōu)點而受到了學術(shù)界和工業(yè)生產(chǎn)及應用方面的廣泛關(guān)注。眾所周知,超級電容器的性能優(yōu)劣主要由電極材料決定,在各種碳材料、金屬氧化物以及導電聚合物等不同類型的電極材料中,納米結(jié)構(gòu)的層次多孔碳被認為是超級電容器電極材料中最有應用前景的一類,這主要歸功于其大的比表面積、發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的導電性能和電化學穩(wěn)定性等特點。本文以二氧化硅作為模板,糠醇作為碳源,通過水熱法制備了空心多孔碳微球,并對其進行了KOH活化處理,以擴大其比表面積,調(diào)控孔結(jié)構(gòu),研究其物理和電化學性能。為進一步優(yōu)化其超級電容器性能,研究了活性空心多孔碳微球在不同電解液中的電化學行為,取得了一系列有意義的結(jié)果。此外,為了提高碳化物骨架碳材料的離子傳輸速度和儲能特性,通過水熱法對制備的碳化物骨架碳進行了氮硫雜原子共摻雜,從而增加碳材料的表面可濕性和反應活性。本論文的主要研究工作如下:(1)以二氧化硅為硬模板,多種表面活性劑為軟模板,糠醇為碳源,通過水熱法制備空心多孔碳微球,探討二氧化硅與碳源的不同比例對所制備碳材料的微觀形貌和電化學性能的影響。進一步對形貌和性能最優(yōu)的空心多孔碳微球進行KOH活化擴孔處理,研究其超級電容器性能。研究發(fā)現(xiàn),當糠醇與二氧化硅質(zhì)量比為1.5:1時,所得空心多孔碳微球HPCSs-2具有最大的比表面積和最優(yōu)的電化學性能。KOH活化后得活性多孔空心碳微球AHPCSs,其仍然維持了多孔空心球的分層次多級孔結(jié)構(gòu),且比表面積顯著增大至1290 m2 g-1,在電流密度為1A g-1時,AHPCSs電極的比電容高達303.9 F g-1,在掃描速率為5 mV s-1下,其比電容為249.6 F g-1。此外,以AHPCSs為電極材料組裝成的超級電容器經(jīng)5000次循環(huán)后,其比電容仍能保持在72.7 F g-1。(2)為進一步優(yōu)化AHPCSs的超級電容器性能,探討了AHPCSs在不同電解液中的電化學性能,即1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體(EMIMBF4)、6 mol L-1 KOH溶液、1 mol L-1 LiPF6有機電解液。結(jié)果表明,所有AHPCSs超級電容器均表現(xiàn)出明顯的電容行為,特別是以EMIMBF4為電解液的超級電容器能使充放電電壓窗口擴寬至0~3.0V,在電流密度為0.5 A g-1下時的比電容達到64.4 F g-1;當功率密度為750 W kg-1時,其能量密度高達80.5 Wh kg-1;經(jīng)過4000次循環(huán)充放電測試后,其容量保持率為94.2%,庫侖效率幾乎為100%。(3)為了提高碳化物骨架碳材料的離子傳輸速度和儲能特性,提出以碳化鉻為原料,新制氯氣為刻蝕劑,通過原位刻蝕法制備了多孔碳化鉻骨架碳材料CDCs。此外,通過雜原子摻雜可有效改善碳材料的表面可濕性和電化學性能,在此基礎(chǔ)上,以硫脲為氮源和硫源,通過水熱法對制備的CDCs進行氮硫共摻雜得NSCDC。結(jié)果表明,當硫脲與CDCs的質(zhì)量比為4:1時,所得NSCDC-4電極材料的電化學性能最優(yōu)。當掃描速率為1 mV s-1時,其比電容高達281.2 F g-1,將其組裝成超級電容器經(jīng)6000次的循環(huán)充放電測試后,其容量保持率達到95%,顯示了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
[Abstract]:A hollow porous carbon microsphere ( HPCSs - 2 ) is prepared by hydrothermal method . The electrochemical properties of AHPCSs in different electrolytes , i.e . , 1 - ethyl - 3 - methylimidazole tetrafluoro borate ionic liquid ( EMIMBF ) , 6 mol L - 1 KOH solution and 1 mol L - 1 lipf6 organic electrolyte were studied . The results showed that the capacity retention rate was 94.2 % and coulombic efficiency was almost 100 % when the mass ratio of thiourea to CDCs was 4 鈭，

本文編號：1502215