本文關(guān)鍵詞：雙堿活化法制備超級(jí)電容器用多孔炭材料

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【摘要】：煤焦油、蒽油、石油瀝青含有許多稠環(huán)芳香性碳?xì)浠衔?可以作為制備高性能炭材料的優(yōu)質(zhì)碳源。本文分別以煤焦油、蒽油、石油瀝青為碳源,以Ca(OH)2為模板耦合KOH活化,制備了多種結(jié)構(gòu)和形貌新穎的多孔炭材料。通過(guò)氮吸脫附、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、透射電鏡、X射線光電子能譜和拉曼光譜等技術(shù)對(duì)所得材料的孔結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行分析。采用循環(huán)伏安、恒流充放電和電化學(xué)阻抗譜法考察了其電化學(xué)性能。主要結(jié)論如下:(1)以煤焦油為碳源,制得了超級(jí)電容器用多孔炭納米片(PCNs)。當(dāng)煤焦油、Ca(OH)2、KOH的質(zhì)量分別為6 g、9 g、12 g時(shí),所得多孔炭納米片命名為PCN6-9-12,其平均孔徑為1.69 nm,比表面積達(dá)2236 m2/g。在6 M KOH電解液中,當(dāng)電流密度為0.05 A/g時(shí),PCN6-9-12的比容為259 F/g,能量密度為8.99 W h/kg。當(dāng)電流密度增大至20 A/g,PCN6-9-12的比容為210 F/g,能量密度為6.34 W h/kg,容量保持率為81.1%。在2 A/g電流密度下,經(jīng)過(guò)5000次恒流充放電后,PCN6-9-12的容量保持率為90.3%。(2)以蒽油為碳源,制得了超級(jí)電容器用卷曲狀多孔炭(CPCs)。當(dāng)蒽油、Ca(OH)2、KOH的質(zhì)量、活化溫度分別為6 g、9 g、12 g、850o C時(shí),所得材料命名為CPC6-9-12-850。隨著Ca(OH)2的質(zhì)量從6 g增加到9 g,電極材料的比表面積、平均孔徑、總孔容均先增大后減小。CPC6-9-12-850的比表面積、平均孔徑與總孔容達(dá)到最大值,分別為2838 m2/g、2.15 nm、1.53 cm3/g。在6 M KOH電解液中,當(dāng)電流密度從0.05 A/g增加到20 A/g時(shí),CPC6-9-12-850的比容僅從289 F/g減小到229 F/g,容量保持率高達(dá)80.6%。在5 A/g電流密度下,經(jīng)10000次恒流充放電后,CPC6-9-12-850的容量保持率高達(dá)92.8%,顯示了很好的循環(huán)穩(wěn)定性。(3)以石油瀝青為碳源,制得了泡沫狀多孔炭材料(BPCs)。當(dāng)石油瀝青、Ca(OH)2、KOH的質(zhì)量分別為3.6 g、9 g、18 g時(shí),所得材料命名為BPC3.6-9-18,其比表面積、平均孔徑、總孔孔容含量分別達(dá)3516 m2/g、2.22 nm、1.95 cm3/g。在6 M KOH電解液中,當(dāng)電流密度為0.05 A/g時(shí),比容高達(dá)320 F/g;當(dāng)電流密度增大到40 A/g時(shí),其比容仍保持為264 F/g,容量保持率達(dá)82.5%,顯示出優(yōu)異的速率性能。在5 A/g電流密度下,經(jīng)10000次恒流充放電后,BPC3.6-9-18的比容保持為95.8%,表現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：超級(jí)電容器 卷曲狀多孔炭 泡沫狀多孔炭
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(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;TM53
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-25
• 1.1 前言9-10
• 1.2 超級(jí)電容器的簡(jiǎn)介10-15
• 1.2.1 超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)10
• 1.2.2 超級(jí)電容器的原理及分類(lèi)10-12
• 1.2.3 超級(jí)電容器優(yōu)點(diǎn)12-13
• 1.2.4 超級(jí)電容器的性能指標(biāo)13-14
• 1.2.5 超級(jí)電容器的發(fā)展?fàn)顩r14
• 1.2.6 超級(jí)電容器的市場(chǎng)前景14
• 1.2.7 超級(jí)電容器的應(yīng)用14-15
• 1.3 超級(jí)電容器電極材料15-22
• 1.3.1 碳材料16-21
• 1.3.2 金屬氧化物21
• 1.3.3 導(dǎo)電聚合物21-22
• 1.3.4 復(fù)合材料22
• 1.4 超級(jí)電容器的電解液22-23
• 1.5 本文選題背景及研究?jī)?nèi)容23-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)25-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器25-26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料25-26
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器26
• 2.2 電極材料的表征方法26-30
• 2.2.1 工業(yè)分析26-27
• 2.2.2 元素分析27
• 2.2.3 熱重分析27
• 2.2.4 電極材料的孔結(jié)構(gòu)分析27-28
• 2.2.5 X射線光電子能譜28-29
• 2.2.6 拉曼光譜分析29
• 2.2.7 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡29-30
• 2.2.8 透射電子顯微鏡30
• 2.3 作為電極材料的電化學(xué)性能的測(cè)試方法30-34
• 2.3.1 恒流充放電測(cè)試30-31
• 2.3.2 循環(huán)伏安測(cè)試31-32
• 2.3.3 交流阻抗EIS測(cè)試32-33
• 2.3.4 循環(huán)壽命測(cè)試33-34
• 第三章 多孔炭納米片材料的制備及其儲(chǔ)電性能34-48
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分34-36
• 3.1.1 氫氧化鈣的熱重分析曲線34-35
• 3.1.2 多孔炭納米片材料的制備35-36
• 3.1.3 多孔炭納米片材料的組裝36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論36-46
• 3.2.1 煤焦油的元素分析36-37
• 3.2.2 氮吸脫附分析37-38
• 3.2.3 TEM分析38-39
• 3.2.4 XPS分析39-40
• 3.2.5 拉曼分析40-41
• 3.2.6 電化學(xué)性能測(cè)試41-46
• 3.3 本章小結(jié)46-48
• 第四章 卷曲狀多孔炭材料的制備及其儲(chǔ)電性能48-61
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分48-49
• 4.1.1 卷曲狀多孔炭材料的制備48-49
• 4.1.2 卷曲狀多孔炭材料的組裝49
• 4.2 結(jié)果與討論49-59
• 4.2.1 蒽油氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用色譜分析49
• 4.2.2 氮吸脫附分析49-51
• 4.2.3 FESEM和TEM分析51-52
• 4.2.4 XPS分析52-53
• 4.2.5 拉曼分析53-54
• 4.2.6 電化學(xué)性能測(cè)試54-59
• 4.3 本章小結(jié)59-61
• 第五章 泡沫狀多孔炭材料的制備及其儲(chǔ)電性能61-73
• 5.1 實(shí)驗(yàn)部分61-62
• 5.1.1 泡沫狀多孔炭材料的制備61-62
• 5.1.2 泡沫狀多孔炭材料的組裝62
• 5.2 結(jié)果與討論62-71
• 5.2.1 石油瀝青的元素分析62-63
• 5.2.2 氮吸脫附分析63-64
• 5.2.3 TEM分析64-65
• 5.2.4 XPS分析65-66
• 5.2.5 拉曼分析66-67
• 5.2.6 電化學(xué)性能測(cè)試67-71
• 5.3 本章小結(jié)71-73
• 第六章 結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)以及展望73-75
• 6.1 本文結(jié)論73-74
• 6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)74
• 6.3 下一步工作展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間獲獎(jiǎng)及發(fā)表論文、專(zhuān)利情況82-83
• 致謝83

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