【摘要】：中空碳球具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、比表面積大和孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)等特點(diǎn),被廣泛用作超級(jí)電容器的電極材料、吸附劑材料和催化劑載體等,但其合成方法多采用模板法,這種方法工藝復(fù)雜,因此本論文開發(fā)了一種新的、工藝簡(jiǎn)單的中空碳球的制備方法,并考察所制備中空碳球的超級(jí)電容性能。本論文是以碳酸鉀/碳酸氫鉀溶液預(yù)處理的淀粉為碳源,碳化后獲得中空碳微球。對(duì)合成中空碳微球的影響因素進(jìn)行系統(tǒng)地研究。結(jié)果表明預(yù)處理溶液pH值及濃度、碳化升溫速率、碳化溫度和碳化時(shí)間等對(duì)中空碳微球的形成有著重要影響；對(duì)中空碳微球的形成機(jī)理也進(jìn)行了探討,碳酸鉀／碳酸氫鉀在碳化過(guò)程中阻礙淀粉糊化,使淀粉顆粒的球形形貌得以保持；同時(shí)碳化過(guò)程中形成的水蒸氣和二氧化碳可能在淀粉顆粒內(nèi)部形成原位模板,進(jìn)而獲得具有中空結(jié)構(gòu)的碳微球。所制備的中空碳微球的超級(jí)電容器性能進(jìn)行研究。其中具體考察中空碳微球微觀形貌、孔結(jié)構(gòu)及活性官能團(tuán)等特征對(duì)超級(jí)電容器性能的影響。通過(guò)對(duì)中空碳球不同合成條件所得樣品的超級(jí)電容性能研究,篩選出具有最佳性能的中空碳球的合成工藝條件：淀粉濃度為3%、緩沖溶液濃度為05 mol L-1、堿性的體系(pH=9-12)、反應(yīng)時(shí)間為15 h、升溫速率為1℃ min-1、碳化溫度為800℃和保溫時(shí)間為10 h,制得單分散、粒徑分布相對(duì)較均勻和形貌易控的中空碳微球。同時(shí)也研究了不同碳化時(shí)間所得中空碳球的比表面積、導(dǎo)電性和表面官能團(tuán)對(duì)超電容性能的影響。6 MKOH電解液中,循環(huán)伏安法測(cè)試結(jié)果表明,該材料在掃速5 mV s-1比容量高達(dá)317 F g-1,在300 mV s-1的高掃速下,其比容量仍能達(dá)到222.2 F g-1；恒流充放電測(cè)試結(jié)果顯示在電流密度1 A g-1時(shí)容量為265.4 F g-1,高電流密度100 A g-1時(shí)容量為137.9 F g-1。在電流密度1、2、5、10和l A g-1下分別進(jìn)行5000圈循環(huán),每個(gè)電流密度下容量保持率均高于99.6%,且由于質(zhì)量含量較高的含氧官能團(tuán)存在,使該材料在水系電解液的操作電壓擴(kuò)展至1.5 V。該材料在電流密度為100Ag-1時(shí),功率密度高達(dá)100 kW kg-1；而在電流密度為10Ag-1、電壓為1.4 V時(shí),材料的比容量為286 F g-1,能量密度為77.88 Wh kg-1,功率密度為14 kW kg-1。
【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
【分類號(hào)】：TQ127.11

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本文編號(hào)：2772730