本文關(guān)鍵詞：模板協(xié)同化學(xué)活化法制備超級電容器用炭納米片及其電化學(xué)性能

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【摘要】：本文分別以煤焦油和蒽油為碳源,以氧化鎂和三聚氰胺為模板,KOH為活化劑,制備了炭納米片材料。采用氮吸脫附、FESEM、TEM、XRD、XPS、Raman等手段對所制備的炭材料的形貌結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成進行分析。通過循環(huán)伏安、恒流充放電及交流阻抗譜研究其在不同電解液中的電化學(xué)性能。主要結(jié)論如下:(1)以煤焦油為碳源,三聚氰胺為模板,KOH為活化劑,制得了多孔炭納米片(PCNs)。當(dāng)煤焦油、三聚氰胺、KOH的質(zhì)量分別為6g、3g、12g,在氮氣氣氛下活化終溫為800℃時,制備的材料命名為PCN800-N2。隨著活化溫度的升高,多孔材料的比表面積從1336 m2 g-1增大到1865 m2 g-1,總孔孔容從0.62 cm3 g-1升高到0.91 cm3 g-1,平均孔徑從1.86 nm增大到1.94 nm。當(dāng)電流密度為0.05 A g-1時,PCN800-N2的比容為274 F g-1,能量密度為9.5 Wh kg-1。當(dāng)電流密度增加到20 A g-1時,PCN800-N2的比容為191 F g-1,能量密度為4.2 Wh kg-1,容量保持率為69.7%。PCN800-N2電極在5 A g-1下經(jīng)過10000次循環(huán)充放電以后,比容保持率為92.1%,顯示了很好的循環(huán)穩(wěn)定性。(2)在上述實驗基礎(chǔ)上,以煤焦油為碳源,同時將模板替換為氧化鎂,制得了相互連接的層狀炭納米片(ILCNs)。當(dāng)煤焦油、氧化鎂、KOH的質(zhì)量分別為6g、9g、12g,活化終溫為900℃時,制備的材料命名為ILCN2-900。隨著活化溫度的升高或者活化劑/碳源質(zhì)量比的增大,所得的材料的比表面積和微孔比表面積均減小,平均孔徑增大,產(chǎn)率降低。ILCN的比表面積介于2350~2887 m2 g-1之間,平均孔徑介于2.27~2.78 nm之間。當(dāng)電流密度為0.05 A g-1時,ILCN2-900的比容為313 F g-1,能量密度為10.9 Wh kg-1;當(dāng)電流密度增加到20 A g-1時,其比容為261 F g-1,能量密度為7.6 Wh kg-1,容量保持率為83.4%。ILCN2-900在5 A g-1下經(jīng)過10000次循環(huán)充放電以后,比容保持率為92.7%。(3)在上述實驗基礎(chǔ)上,將碳源替換為蒽油,制得了相互連接的多孔炭納米片(IPCNs)。當(dāng)蒽油、氧化鎂、KOH的質(zhì)量分別為6g、9g、12g,活化終溫為950℃時,制備的材料命名為ILCN9-950。所得材料的比表面積介于2942~3342 m2g-1之間,總孔容介于2.31~3.75 cm3 g-1之間,平均孔徑介于2.77~5.10 nm之間。在離子電解液中,當(dāng)電流密度為0.05 A g-1時,IPCN9-950的比容為271 F g-1,能量密度為150.4 Wh kg-1;當(dāng)電流密度增加到20 A g-1時,其比容為159 F g-1,能量密度為37.0 Wh kg-1,容量保持率為58.7%。在6 M KOH電解液中,當(dāng)電流密度為0.05 A g-1時,IPCN9-900的比容和能量密度分別為300 F g-1和10.4 Wh kg-1。在5 A g-1下經(jīng)10000次循環(huán)充放電后,其容量保持為89.7%。
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM53

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