本文關(guān)鍵詞：瀝青基多孔炭的結(jié)構(gòu)調(diào)控與電化學(xué)性能研究

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【摘要】：近幾年以霧霾為主的環(huán)境問(wèn)題,嚴(yán)重影響了居民的日常生活和健康；因此我國(guó)大力提倡使用新能源汽車(chē)取代燒油汽車(chē),以降低污染。超級(jí)電容器是一種新型儲(chǔ)能裝置,具有功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),將成為新能源汽車(chē)中不可取代的組成部分。多孔炭材料由于具有比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好、成本低且易于制備等優(yōu)點(diǎn),一直是超級(jí)電容器電極材料的首選。煤焦油瀝青具有價(jià)格低廉、來(lái)源豐富、含碳量高等優(yōu)點(diǎn),因而其制備多孔炭電極材料具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。本文以煤焦油瀝青為原料,采用混酸氧化制備成水溶性瀝青,以水溶性瀝青為炭前驅(qū)體制備多孔炭。考察了所得多孔炭的形貌結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)、比表面積及電化學(xué)性能。研究結(jié)果包括如下三個(gè)方面：(1)采用碳酸鈣作為模板制備多孔炭材料。隨著模板劑碳酸鈣添加比例的增多,材料的比表面積升高；當(dāng)比例為1：1時(shí),為最佳活化比例,比表面積達(dá)到1049m2/g；而當(dāng)比例繼續(xù)增加,比表面積基本無(wú)變化,這是由于模板劑過(guò)量造成分散不均。所得多孔炭PO-Ca-1在6M KOH電解液中,電流密度為O.1Ag-1時(shí),比電容為230F g-1。(2)將氧化石墨烯和氧化瀝青按不同比例混合后,采用1：1的KOH進(jìn)行一步活化,制備多孔炭。實(shí)驗(yàn)表明,所得樣品為具有豐富的氮和氧、適當(dāng)?shù)慕榭着c微孔比例(介孔率47.6%),以及具有高比表面積(2196m2/g)的分層多孔炭。石墨烯的添加為PO-GO-16在4nm附近的介孔形成起著決定性作用。PO-GO-16在電流密度為0.1A g-1時(shí),比電容達(dá)到296Fg-1,具有優(yōu)異的倍率性(當(dāng)電流密度為10A g-1時(shí),比電容為192Fg-1)。(3)采用擰檬酸鐵作為模板劑制備多孔炭材料。檸檬酸鐵作為造孔劑的同時(shí)提供碳源,經(jīng)過(guò)高溫碳化成功制備了多孔炭材料。研究了不同比例的活化劑對(duì)產(chǎn)物的電化學(xué)性能影響。結(jié)果表明,當(dāng)氧化瀝青和檸檬酸鐵比例為1：2時(shí),為最佳比例,且具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：氧化瀝青 多孔炭 超級(jí)電容器
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 學(xué)位論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-25
• 1.1 選題背景與意義9-10
• 1.2 超級(jí)電容器10-12
• 1.2.1 雙電層電容器11-12
• 1.2.2 法拉第贗電容12
• 1.3 超級(jí)電容器的特點(diǎn)12-14
• 1.4 超級(jí)電容器的應(yīng)用14-15
• 1.5 超級(jí)電容器用炭材料15-18
• 1.5.1 活性炭16
• 1.5.2 活性炭纖維16-17
• 1.5.3 碳凝膠17
• 1.5.4 碳納米管17
• 1.5.5 石墨烯17-18
• 1.6 多孔炭材料結(jié)構(gòu)與超級(jí)電容器性能的關(guān)系18-20
• 1.6.1 比表面積19
• 1.6.2 孔徑分布19-20
• 1.6.3 表面官能團(tuán)20
• 1.6.4 導(dǎo)電性20
• 1.7 活性炭材料的制備20-22
• 1.7.1 活性炭材料的傳統(tǒng)制備方法20-21
• 1.7.2 活性炭材料的模板制備方法21-22
• 1.8 煤瀝青基炭材料在超級(jí)電容器上的應(yīng)用22-23
• 1.9 本課題選取的意義及研究?jī)?nèi)容23-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分25-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和實(shí)驗(yàn)儀器25-26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品25
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器25-26
• 2.2 常規(guī)表征方法26-27
• 2.2.1 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡26
• 2.2.2 透射電子顯微鏡26
• 2.2.3 X射線粉末衍射儀(XRD)26
• 2.2.4 X射線光電子能譜26
• 2.2.5 比表面積與孔結(jié)構(gòu)測(cè)試26-27
• 2.3 電化學(xué)性能測(cè)試27-29
• 2.3.1 循環(huán)伏安測(cè)試27
• 2.3.2 恒電流充放電測(cè)試27-28
• 2.3.3 交流阻抗測(cè)試28-29
• 第三章 以碳酸鈣為模板制備瀝青基多孔炭及其電化學(xué)性能29-37
• 3.1 前言29
• 3.2 實(shí)驗(yàn)29-30
• 3.2.1 水溶性瀝青的制備29
• 3.2.2 含氮多孔碳材料的制備29-30
• 3.3 表征30
• 3.4 結(jié)果與討論30-35
• 3.4.1 結(jié)構(gòu)分析30-33
• 3.4.2 電化學(xué)性能測(cè)試33-35
• 3.5 小結(jié)35-37
• 第四章 氧化石墨烯/氧化瀝青復(fù)合前驅(qū)體制備多孔炭及電化學(xué)性能37-49
• 4.1 前言37
• 4.2 實(shí)驗(yàn)37-38
• 4.2.1 氧化石墨烯的制備37-38
• 4.2.2 多孔復(fù)合炭材料的制備38
• 4.3 表征38-39
• 4.4 結(jié)構(gòu)與討論39-48
• 4.4.1 結(jié)構(gòu)分析39-47
• 4.4.2 電化學(xué)性能47-48
• 4.5 小結(jié)48-49
• 第五章 以檸檬酸鐵為模板制備瀝青基多孔炭及其電化學(xué)性能49-55
• 5.1 前言49
• 5.2 實(shí)驗(yàn)49
• 5.3 表征49
• 5.4 結(jié)果與討論49-54
• 5.4.1 結(jié)構(gòu)分析50-53
• 5.4.2 電化學(xué)性能53-54
• 5.5 小結(jié)54-55
• 第六章 結(jié)論55-57
• 參考文獻(xiàn)57-63
• 發(fā)表論文情況說(shuō)明63-65
• 致謝65

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