碳?xì)饽z是具有納米級連續(xù)多孔、高比表面積、低密度的新型碳材料,因其特殊的結(jié)構(gòu)而具有良好的導(dǎo)電性及穩(wěn)定的物理化學(xué)性能等特性,是制備高能量密度、高功率密度電容器的理想電極材料。文獻(xiàn)報(bào)道顯示碳?xì)饽z的制備所需溫度較高、時(shí)間較長,而且碳?xì)饽z的制備常采用超臨界干燥技術(shù),實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)大,制備成本高,導(dǎo)致碳?xì)饽z的生產(chǎn)難度較大,在一定程度上限制了它的應(yīng)用與推廣。本文在碳?xì)饽z的制備中,通過在間苯二酚、甲醛原料中加入間苯三酚,降低了凝膠制備反應(yīng)溫度,縮短了反應(yīng)時(shí)間;采用常溫常壓干燥代替超臨界干燥方法制備碳?xì)饽z,簡化了制備工藝,降低了制備成本;通過引入表面活性劑、摻雜金屬鐵和鎳,改善碳?xì)饽z結(jié)構(gòu),提高了碳?xì)饽z的導(dǎo)電性、電容性能及穩(wěn)定性能。論文包括以下三部分內(nèi)容:1、間苯三酚、間苯二酚與甲醛為原料,碳酸鈉為催化劑,通過溶膠-凝膠、溶劑置換、常溫常壓干燥及高溫炭化處理,制得碳?xì)饽z�？疾炝擞绊懭苣z-凝膠反應(yīng)的因素,確定了合成有機(jī)氣凝膠的最佳實(shí)驗(yàn)條件:間苯三酚與間苯二酚的摩爾比為1:4,間苯三酚-間苯二酚與催化劑摩爾比為800,原料濃度為35%。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下,制得碳?xì)饽z材料的平均比表面積為609.11 m2·g~(-1),平均孔徑為5.42 nm;在6 mol·L~(-1)KOH電解液中,碳?xì)饽z電極材料平均比電容為114.6F·g~(-1);循環(huán)伏安曲線趨于理想的矩形,說明碳?xì)饽z電極材料具有良好的電容特性和可逆性。2、在前驅(qū)體中加入表面活性劑P123,當(dāng)P123與間苯三酚-間苯二酚質(zhì)量比為1:2時(shí),碳?xì)饽z的吸附線為Ⅳ型吸附等溫線,其滯后環(huán)為H1型,研究表明碳?xì)饽z主要由介孔組成,孔徑集中分布在10 nm左右;在6 mol·L~(-1) KOH電解液中,在-0.8~0 V電位范圍內(nèi),電極材料具有良好的雙電層電容和循環(huán)穩(wěn)定性;在0.5 A·g~(-1)的電流密度下,比電容為131.2 F·g~(-1)。表面活性劑P123的加入降低了水和丙酮揮發(fā)時(shí)的表面張力,改善了碳?xì)饽z的結(jié)構(gòu)。3、采用簡單前驅(qū)體摻雜的方法制備了鎳、鐵摻雜碳?xì)饽z,通過改變鎳、鐵的加入量,對碳?xì)饽z的結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率等性能進(jìn)行優(yōu)化,從而進(jìn)一步提高碳?xì)饽z材料的電化學(xué)性能。在6 mol·L~(-1)KOH電解液中,測試其電化學(xué)性能,結(jié)果表明摻雜鎳、鐵元素能提高碳?xì)饽z材料的電化學(xué)性能。在-0.8~0 V電位范圍,鎳摻雜碳?xì)饽z電極材料和鐵摻雜碳?xì)饽z電極材料均具有良好的雙電層電容和可逆性,且漏電流較小;當(dāng)鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí),0.5 A·g~(-1)的電流密度下,比電容為134.4 F·g~(-1);間苯三酚-間苯二酚與鐵摩爾比為50時(shí),比電容為125 F·g~(-1)。實(shí)驗(yàn)表明,在碳?xì)饽z材料中摻雜鎳、鐵可以改善碳?xì)饽z材料的結(jié)構(gòu),提高材料的比表面積和調(diào)控孔徑分布,改善碳?xì)饽z材料的導(dǎo)電性能。



本文編號：1995686