發(fā)布時(shí)間：2018-01-20 07:48

  本文關(guān)鍵詞： 超級(jí)電容器 生物質(zhì)基碳材料 KOH活化 超高比表面積　出處：《深圳大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活方式的變化,具有高能量密度和功率密度的儲(chǔ)能設(shè)備成為研究的熱點(diǎn)。而超級(jí)電容器作為一種同時(shí)具有高功率密度和較高能量密度的新型儲(chǔ)能設(shè)備,這些年來備受人們的關(guān)注。電極材料是超級(jí)電容器的核心部分,直接影響其性能。碳材料是應(yīng)用最為廣泛的電極材料,而生物質(zhì)由于其具有可再生、成本低廉、來源廣泛等特點(diǎn),成為電極碳材料的一個(gè)重要來源。本文選用茄子和荷葉作為碳源,通過高溫碳化和KOH活化制備出超高比表面積的生物質(zhì)基碳材料,通過用元素分析儀與X射線光電子能譜儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射儀、拉曼散射光譜、比表面及孔徑分析儀、固體核磁共振技術(shù)對(duì)生物質(zhì)碳材料的元素組成、表面形貌、結(jié)構(gòu)、比表面積、孔徑及孔容分布等特性進(jìn)行了表征,并將生物質(zhì)基多孔碳材料制成超級(jí)電容器的電極,測(cè)試其在不同電解液中電化學(xué)性能,主要內(nèi)容如下:(1)以茄子作為生物質(zhì)前驅(qū)體,在不同溫度下(600℃~1000℃)通過高溫?zé)峤獾玫讲煌瑴囟认碌那炎踊蓟?但其比表面積都較小,比電容值偏低。因此采用KOH造孔增加茄子基活性碳的比表面積,選擇KOH/C質(zhì)量比分別為1、2和4,得到三個(gè)比表面積分別為1596 m2/g、2454 m2/g、3667 m2/g的多孔活性碳(三個(gè)碳材料分別標(biāo)記為EK-1、EK-2、EK-4)。其中具有超高比表面積的產(chǎn)物EK-4在堿性和酸性電解質(zhì)中都表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能。在6 mol/L的KOH電解液中,EK-4樣品在0.5 A/g下的比電容值為249.7 F/g,功率密度為124.9 W/kg,能量密度為8.6 Wh/kg,同時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能與循環(huán)壽命,在5 A/g的電流密度下并經(jīng)過5000次循環(huán)后比電容保持率為94.6%。在H_2SO_4電解質(zhì)中,所制備多孔碳的性能與堿性電解質(zhì)中接近。(2)選取荷葉生物質(zhì)作為碳源,通過預(yù)碳化和KOH固體研磨活化法制備出超高比表面積的荷葉基活性碳。選擇KOH/C質(zhì)量比分別為0、1、2和4,得到比表面積分別為78 m2/g、1941 m2/g、3537 m2/g和4482 m2/g的四中碳材料(分別標(biāo)記為CLL-800、LK-1、LK-2、LK-4)。其中LK-4是目前為止報(bào)道的比表面積最高的生物質(zhì)基多孔碳材料。分別以KOH、H_2SO_4和離子液體為電解質(zhì)組裝了紐扣型超級(jí)電容器并系統(tǒng)測(cè)試了其電容性能。在6 mol/L的KOH溶液中,LK-4電化學(xué)性能最好,在0.5 A/g電流密度下比電容為288.7 F/g,功率密度為124.9 W/kg,能量密度為10.0 Wh/kg,該材料同樣表現(xiàn)出色的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性在恒定5 A/g電流密度,進(jìn)行測(cè)試5000次循環(huán)后電容保持率為102.9%,在酸性電解質(zhì)中,其性能與KOH中接近。同時(shí),以離子液體中為電解質(zhì)時(shí),LK-4也表現(xiàn)出最優(yōu)電化學(xué)性能,其最高能量密度能量密度為111.9 Wh/kg,與目前文獻(xiàn)報(bào)道的基于碳電極材料最高的能量密度接近。
[Abstract]:With the development of social economy and the change of people's way of life. Energy storage equipment with high energy density and power density has become the focus of research. Supercapacitors as a new type of energy storage equipment with both high power density and high energy density. Electrode material is the core part of supercapacitor, which directly affects its performance. Carbon material is the most widely used electrode material, but biomass is renewable and low cost. In this paper, eggplant and lotus leaves were used as carbon sources to prepare biomass based carbon materials with ultra-high specific surface area through high temperature carbonization and KOH activation. By means of elemental analyzer, X-ray photoelectron spectrometer, scanning electron microscope, transmission electron microscope, Raman scattering spectrum, specific surface and aperture analyzer. The elemental composition, surface morphology, structure, specific surface area, pore size and pore volume distribution of biomass carbon materials were characterized by solid nuclear magnetic resonance (SNMR). The electrode of supercapacitor was made of biomass based porous carbon material. The electrochemical properties of supercapacitor were tested in different electrolytes. The main contents were as follows: 1) eggplant was used as biomass precursor. The eggplant based carbides were obtained by pyrolysis at different temperatures (600 鈩，

本文編號(hào)：1447429