為了提高超級(jí)電容器的性能,減少化石燃料帶來(lái)的環(huán)境污染,人們相繼開(kāi)發(fā)了各類新型超級(jí)電容材料用于電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。碳材料作為一種典型的雙電層電容器材料,其中生物質(zhì)衍生活性炭以其原料來(lái)源廣泛,生產(chǎn)成本低,比表面積大,和比電容高等優(yōu)點(diǎn)在眾多碳材料中脫穎而出。由于贗電容材料在充放電過(guò)程中具有氧化還原反應(yīng),因而可以提供比雙電層電容更高的能量密度,其中雙金屬氫氧化物（LDHs）以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和贗電容特性受到了越來(lái)越多的關(guān)注。本文在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),制備了兩種電極材料。首先以棉花為原材料,經(jīng)粘膠摻雜法得到再生纖維素纖維,再經(jīng)碳化、KOH活化得到棉花基多孔活性炭;隨后使用絡(luò)合沉淀法制備得到次磷酸陰離子插層的NiFe LDHs;最后將次磷酸插層水滑石和棉花基活性炭分別作為正極和負(fù)極組裝成不對(duì)稱電容器,進(jìn)行了 一系列的物理化學(xué)表征和電化學(xué)測(cè)試。主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）以棉花為原材料經(jīng)粘膠摻雜法得到再生纖維素纖維,再進(jìn)行碳化和KOH活化處理得到蜂窩狀多孔活性炭。在研究過(guò)程中,通過(guò)對(duì)活化過(guò)程中的堿炭比、溫度、時(shí)間等條件的優(yōu)化,得出最佳的活化條件為:KOH:C=3:1、活化溫度為700℃、活化時(shí)間為2h。在... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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圖１－２?（ａ）雙電層電容器；（ｂ）贗電容電容器；（ｃ）混合型電容器工作原理示意圖［２５］：??Ｆｉｇ?１－２?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ：?（ａ）?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｏｒ；（ｂ）?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ；（ｃ）??ｈｙｂｒｉｄ?ｃａｐａｃｉｔｏｒ?ｓｃｈｅ?

ｍ３?ｇ－１大孔體積和出色的熱穩(wěn)定性。由于物理活化主要依靠氧化碳原子形成孔??隙，不需要使用化學(xué)藥品，對(duì)環(huán)境污染較小，同時(shí)也存在活性炭的收率不高，時(shí)間長(zhǎng)，??作用弱，比表面低等問(wèn)題。??（２）化學(xué)活化法??化學(xué)活化法是將生物質(zhì)前驅(qū)體與活化劑混合，然后在３００－９５０?°Ｃ的溫度下進(jìn)行??碳化和活化，常用的活化劑有ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＨＣＯ３、Ｈ３Ｐ〇４、ＺｎＣｌ２、Ｈ２Ｓ〇４。在活??化過(guò)程中，ＫＯＨ、ＮａＯＨ高溫下為熔融狀態(tài)，能夠滲透進(jìn)碳材料孔隙中，經(jīng)化學(xué)刻蝕??得到較多的微孔，圖１－７為物理和化學(xué)活化過(guò)程示意圖，可以看出物理活化大部分發(fā)??生在材料的表面，化學(xué)活化法則在表面和內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行。Ｙａｎｇ等［６（）］以ＮａＯＨ為活化??劑活化廢棄山竹皮成功的制備出多孔活性炭，在電流密度１?Ａ?ｇ－１時(shí)比電容為３５７?Ｆ?ｇ＿??、含鉀活化劑ＫＯＨ、ＫＨＣ０３在溫度超過(guò)７５０°Ｃ產(chǎn)生的鉀蒸汽插層進(jìn)入炭骨架中能使??晶格膨脹，有利于新孔的形成。Ｙｕ等［６１］以甘蔗渣為原料，經(jīng)水熱炭化、ＫＯＨ活化制??備得到的活性炭比表面積高達(dá)３１５１?ｍ２?ｇ－１３ｎＣｌ２能夠在低溫下促進(jìn)生物質(zhì)氣化脫氫，??高溫下氣化充當(dāng)炭材料內(nèi)部的柱撐模板，Ｈ３Ｐ０４對(duì)多糖有強(qiáng)烈脫水作用，能夠降低植??物基前驅(qū)體的炭化溫度，Ｈ３Ｐ０４、ＺｎＣｌ２作活化劑制備的活性炭多中孔。＼＼＾１１等［６２］將油??菜花直接加入ＺｎＣｌ２和ＦｅＣｂ混合溶液，冷凍干燥，高溫活化得到Ｎ，Ｓ共摻雜的分層??多孔活性炭，１?Ａ?ｇ－１的電流密度下顯示出３６１．６?Ｆ?ｇ－１的高比電容。一般化學(xué)活化法比??物理活化反應(yīng)溫度低和活化時(shí)間短，制備得到的碳材料孔徑分布寬和比表面積也較高，??

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???溫線，然后利用樣品表面在超低溫和一定氣壓強(qiáng)度時(shí)對(duì)氣體的可逆物理吸附存在一個(gè)??平衡吸附量，利用這個(gè)吸附值計(jì)算材料的比表面積和ＤＦＴ（密度泛函理論）計(jì)算材料的??孔徑分布。如圖２－１為六種不同類型的吸脫附等溫線，通過(guò)觀察吸脫附等溫線可以對(duì)??材料的孔徑進(jìn)一步分析。本實(shí)驗(yàn)使用的是麥克儀器有限公司的ＡＳＡＰ－２４６０－４Ｎ儀器，??測(cè)試前需進(jìn)行脫氣處理，脫氣時(shí)間為７?ｈ，脫氣溫度為２００?°Ｃ，然后在－１９６?°Ｃ下進(jìn)行??測(cè)試。??Ｉ?ＩＩ?ｈｉ??Ｙ＾?ｙ?Ｊ??§?ＩＶ?Ｖ??，?ＶＩ??Ｒｅｖｉｖｅ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｐ／ｐ＊??圖２－１常見(jiàn)的六種吸附等溫線??Ｆｉｇ２－１?Ｓｉｘ?ｃｏｍｍｏｎ?ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ??２．３．７熱重／差熱分析（ＴＧ／ＤＴＧ）??ＴＧ分析是在氮?dú)庵袦y(cè)定物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度的變化的一種熱分析方法，根據(jù)ＴＧ曲??線中失重的溫度和比例可以推測(cè)所發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)。ＤＴＧ曲線表示質(zhì)量隨時(shí)間??的變化率與溫度的關(guān)系，ＤＴＧ曲線的峰面積正比于失重量，另外ＤＴＧ曲線和ＴＧ曲??線存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，ＤＴＧ曲線的峰頂對(duì)應(yīng)于ＴＧ曲線的拐點(diǎn)，此處失重最快，??ＤＴＧ曲線上的峰數(shù)與ＴＧ曲線上的臺(tái)階數(shù)一致，代表失重的次數(shù)。本實(shí)驗(yàn)使用的儀器??是耐馳公司的ＳＴＡ４４９Ｆ５，測(cè)試溫度范圍為２０?°Ｃ？８００?°Ｃ，升溫速率為１０?°Ｃ?ｍｉｎ－１。??２．３．８傅立葉變換紅外光譜（ＦＴ－ＩＲ）??當(dāng)紅外光的振動(dòng)頻率與化學(xué)鍵或官能團(tuán)振動(dòng)頻率相當(dāng)且偶極矩不為零時(shí)可產(chǎn)生??紅外光譜。根據(jù)波長(zhǎng)可將紅外光譜分為近紅外區(qū)、中紅外區(qū)、遠(yuǎn)紅外區(qū)，中紅外區(qū)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]植物基多孔炭材料在超級(jí)電容器中的應(yīng)用[J]. 郭楠楠,張?zhí)K,王魯香,賈殿贈(zèng).  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2020(02)
[2]生物質(zhì)衍生碳材料的結(jié)構(gòu)多樣性及其在能量存儲(chǔ)方面的應(yīng)用（英文）[J]. 江麗麗,盛利志,范壯軍.  Science China Materials. 2018(02)
[3]棉花基多孔碳材料的合成、微結(jié)構(gòu)及超電性能研究（英文）[J]. 郝燕霞,錢猛,徐吉健,畢輝,黃富強(qiáng).  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2018(01)
[4]Carbonaceous aerogel and CoNiAl-LDH@CA nanocomposites derived from biomass for high performance pseudo-supercapacitor[J]. Sidi Zhang,Jian Liu,Peipei Huang,Hao Wang,Changyan Cao,Weiguo Song.  Science Bulletin. 2017(12)
[5]高容量超級(jí)電容器電極材料的設(shè)計(jì)與制備[J]. 吳中,張新波.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(02)
[6]硅鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定進(jìn)口玉米中的二氧化硅[J]. 王華,熊升偉,盛強(qiáng).  糧食儲(chǔ)藏. 2012(05)
[7]鐵礦石中二氧化硅含量的快速測(cè)定[J]. 陳平,呂憲俊,孫麗君.  金屬礦山. 2009(02)
[8]陰離子型層柱材料研究進(jìn)展[J]. 杜以波,D.G.Evans,孫鵬,段雪.  化學(xué)通報(bào). 2000(05)

碩士論文
[1]雜原子摻雜多孔炭材料的制備與電容性能研究[D]. 胡龍豐.北京化工大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3442031