本文關(guān)鍵詞：生物質(zhì)廢棄物基高性能多孔碳材料的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 豆渣 馬鈴薯廢渣 葵花秸稈髓 多孔碳 超級電容器

【摘要】：超級電容器,也稱為電化學(xué)電容器,是一種化學(xué)儲能裝置,其高的能量密度和功率密度可以彌補(bǔ)常規(guī)電池和傳統(tǒng)電容器功率密度和能量密度過低的缺點(diǎn)。近幾年,超級電容器由于具有高的功率密度、快速充放電、長的循環(huán)壽命以及對環(huán)境友好等特點(diǎn)越來越受到人們的青睞。超級電容器能夠在短時(shí)間內(nèi)儲存和釋放電能,這使得其能適應(yīng)高級工業(yè)設(shè)備所需的電能,電動(dòng)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)的應(yīng)用程序。高比表面積的多孔材料作為超級電容器電極材料能夠很好地提高其比電容。碳材料具有多孔結(jié)構(gòu)、高的表面積、良好導(dǎo)電性、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性、可逆的電能存儲容量以及高的儲能能力,這些條件能夠滿足作為超級電容器電極材料的需要。在本文中,我們用低成本的生物質(zhì)廢棄物作為碳源,通過直接碳化、化學(xué)活化劑ZnCl_2、ZnCl_2和FeCl_3活化等活化方法制備了具有高比表面積的多孔碳材料作為超級電容器電極材料。并對所制備的活性碳材料做了孔結(jié)構(gòu)分析、表面化學(xué)特性研究以及電化學(xué)性能測試,并將結(jié)果同已報(bào)道的生物質(zhì)廢棄物碳材料做了比較,發(fā)現(xiàn)我們所制備的碳材料具有更優(yōu)異的電化學(xué)性能。主要研究的內(nèi)容和所得結(jié)果如下:1、通過一步碳化法直接碳化生物質(zhì)廢棄物豆渣來制備氮摻雜的活性碳材料。我們通過掃描電鏡、透射電鏡、氮?dú)馕摳健射線光電子能譜對材料的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)做了測試和分析。在700oC下碳化的活性炭材料呈現(xiàn)出良好的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電化學(xué)性能。在電流密度為0.5 A g-1時(shí)比電容達(dá)到了215 F g-1,經(jīng)過5000次充放電循環(huán),依然保持了良好的電容性。將其組裝成對稱電容器裝置,在功率密度為236 W Kg-1時(shí)能量密度達(dá)到9.95 Wh kg-1。由于這種高性能多孔碳超級電容器電極材料具有高的比表面積和有效的氮含量,使其具有很高的潛在引用價(jià)值。2、以農(nóng)業(yè)廢棄物馬鈴薯廢渣為原料制備了一種低成本高性能的氮摻雜多孔碳材料。在制備過程中我們用馬鈴薯廢渣為碳源,三聚氰胺為氮源,ZnCl_2為化學(xué)活化劑。我們通過掃描電鏡(SEM)、氮?dú)馕摳�、X-射線衍射(XRD)和拉曼實(shí)驗(yàn)研究了所制備材料的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)。當(dāng)活化溫度為700oC時(shí)所制備的氮摻雜多孔碳材料的比表面積高達(dá)1052 m2/g,在2 M KOH電解質(zhì)中,電流密度為0.5A g-1時(shí)比電容高達(dá)255 F g-1。電極材料也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,在電流密度為5A g-1時(shí),經(jīng)過5000次循環(huán)恒電流充放電,其比電容依然保持93.7%。3、以葵花秸稈髓為原料通過ZnCl_2和FeCl_3化學(xué)活化碳化制備了多孔碳材料。我們所制備的葵花秸稈基多孔碳材料(PSMCs)具有大量的微孔和介孔存在,其比表面積達(dá)到了1628.5 m2 g-1,孔體積高達(dá)2.34 cm3 g-1。作為電極材料,PSMCs在電流密度為0.5 A g-1時(shí)擁有高達(dá)252.5 F g-1的比電容。以PSMCs為電極材料組裝成的對稱超級電容器器件在電位窗口為0.2V 0.5M Na_2SO_4溶液電解質(zhì)中,功率密度為817 Wkg-1時(shí)能量密度達(dá)到了12.4 Wh kg-1。經(jīng)過5000次恒電流充放電循環(huán),其比電容依然能夠保持97%,展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能。
【關(guān)鍵詞】：豆渣 馬鈴薯廢渣 葵花秸稈髓 多孔碳 超級電容器
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(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9-11
• Abstract11-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 引言13
• 1.2 超級電容器概述13-14
• 1.3 超級電容器的結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)14-15
• 1.4 超級電容器的分類和工作原理15-18
• 1.4.1 雙電層電容器工作原理16-17
• 1.4.2 法拉第準(zhǔn)電容器（贗電容器）的工作原理17-18
• 1.5 超級電容器碳電極材料的研究18-22
• 1.5.1 活性炭18-19
• 1.5.2 炭黑19-20
• 1.5.3 碳?xì)饽z20
• 1.5.4 碳纖維20-22
• 1.5.5 玻璃碳22
• 1.6 碳納米管22-26
• 參考文獻(xiàn)26-29
• 第二章 一步碳化豆渣制備氮摻雜多孔碳材料及其在超級電容器中的應(yīng)用29-51
• 2.1 引言29-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分30-34
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及實(shí)驗(yàn)儀器30-31
• 2.2.2 氮摻雜多孔碳材料的制備31-32
• 2.2.3 材料結(jié)構(gòu)分析表征方法32-33
• 2.2.4 電化學(xué)性能測試33-34
• 2.3 結(jié)果與討論34-41
• 2.3.1 氮摻雜多孔碳掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）分析34-35
• 2.3.2 氮摻雜多孔碳XRD分析35-36
• 2.3.3 氮摻雜多孔碳Raman分析36-37
• 2.3.4 孔結(jié)構(gòu)和分析37-39
• 2.3.5 XPS和元素分析39-41
• 2.4 電化學(xué)行為和特征41-47
• 2.4.1 三電極電化學(xué)行為測試41-45
• 2.4.2 兩電極設(shè)備電化學(xué)行為測試45-47
• 2.5 小結(jié)47-48
• 參考文獻(xiàn)48-51
• 第三章 馬鈴薯廢渣基氮摻雜多孔碳材料在超級電容器中的應(yīng)用51-65
• 3.1 前言51-52
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分52-53
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器52-53
• 3.2.2 氮摻雜多孔碳材料N-PCs的制備53
• 3.3 材料結(jié)構(gòu)分析表征方法53
• 3.3.1 掃描電鏡分析（SEM）53
• 3.3.2 X射線衍射（XRD）53
• 3.3.3 Raman光譜分析53
• 3.3.4 氮?dú)馕椒治?/span>53
• 3.3.5 元素含量分析53
• 3.4 電化學(xué)性能測試53-54
• 3.5 結(jié)果與討論54-62
• 3.5.1 N-PCs-x形貌特征54-59
• 3.5.2 N-PCs-x電化學(xué)性能測試59-62
• 3.6 小結(jié)62-63
• 參考文獻(xiàn)63-65
• 第四章 葵花秸稈髓多孔碳電極材料在高性能超級電容器中的應(yīng)用65-82
• 4.1 前言65-66
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分66-67
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器66-67
• 4.2.2 高比表面積網(wǎng)狀多孔碳的合成67
• 4.3 材料結(jié)構(gòu)分析表征方法67-68
• 4.3.1 掃描電鏡分析（SEM）67
• 4.3.2 X射線衍射（XRD）67
• 4.3.3 Raman光譜分析67-68
• 4.3.4 氮?dú)馕椒治?/span>68
• 4.3.5 元素含量分析68
• 4.4 電化學(xué)性能測試68-69
• 4.4.1 三電極測試68
• 4.4.2 兩電極測試68-69
• 4.5 電化學(xué)性能評估69
• 4.6 結(jié)果與討論69-74
• 4.6.1 材料掃描電鏡分析69-70
• 4.6.2 材料孔結(jié)構(gòu)分析70-72
• 4.6.3 材料的XRD分析72-73
• 4.6.4 材料的Raman分析73-74
• 4.7 電化學(xué)特性測試74-79
• 4.7.1 三電極電化學(xué)特性74-77
• 4.7.2 兩電極電池測試77-79
• 4.8 小結(jié)79-80
• 參考文獻(xiàn)80-82
• 攻讀碩士研究生期間參研項(xiàng)目語發(fā)表的科研成果82-83
• 致謝83

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