隨著人們對(duì)于能源儲(chǔ)存與利用的日益重視,超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能器件具有較好的可持續(xù)發(fā)展性。電極材料使用廢棄的生物質(zhì),不僅可以利用生物質(zhì)天然孔隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),還可以降低電容器生產(chǎn)成本,近年來(lái)成為研究熱點(diǎn)。大蒜在剝皮加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢棄物蒜皮,同時(shí)蒜皮中會(huì)殘留部分蒜瓣。本研究選用殘留的蒜瓣為原料,制備出具有高比表面積的超級(jí)電容器用活性炭。同時(shí)選用蒜皮為原料,采用鹽酸預(yù)處理工藝對(duì)蒜皮基活性炭進(jìn)行性能優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了對(duì)蒜皮基活性炭孔結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控。以蒜瓣為原料,選用KOH為活化劑,通過(guò)響應(yīng)面法研究了炭化溫度、堿炭比、活化溫度對(duì)蒜瓣基活性炭孔結(jié)構(gòu)的影響。探索得到了制備蒜瓣基活性炭的最佳工藝條件:堿炭比為4:1,炭化溫度541℃,活化溫度800℃。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)條件得到的蒜瓣基活性炭GBAC-M 比表面積為3175.20 m2/g,孔容為1.791 cm3/g,孔徑分布主要集中在0-4 nm之間。以GBAC-M為電極材料,6 mol/L的KOH溶液為電解液制備超級(jí)電容器,在電流密度為1 A/g時(shí)比電容達(dá)到334.9 F/g。在5 A/g電流密度下充放電5000次時(shí),GBAC-M 比電容保持率高達(dá)97.03%。以蒜皮為原料,選用KOH為活化劑,對(duì)蒜皮進(jìn)行鹽酸水浴加熱預(yù)處理,并通過(guò)炭化、活化制備蒜皮基活性炭HGAP。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到鹽酸預(yù)處理的最佳條件為:將蒜皮在1 mol/L鹽酸溶液中水浴60℃加熱攪拌3 h,炭化溫度為600℃。最終制備成蒜皮基活性炭HGAP-7比表面積高達(dá)3325.23 m2/g,孔容為1.881 cm3/g,且介孔含量較于未進(jìn)行預(yù)處理的蒜皮基活性炭GAP有明顯的提升。以HGAP-7為電極材料,以6 mol/L的KOH為電解液,制備的電容器在電流密度為1 A/g的條件下,比電容達(dá)到了 424.4 F/g。且當(dāng)電流密度為50 A/g時(shí),相比于1 A/g的比電容,電容保持率高達(dá)73.8%。通過(guò)鹽酸預(yù)處理工藝制備的蒜皮基活性炭比表面積增大,介孔含量增多,以其為電極材料制備的超級(jí)電容器倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性有明顯的提升。為了更加全面的了解蒜皮基活性炭的電化學(xué)性能,分別以蒜皮基活性炭GAP和HGAP-7為電極材料,選取聚乙烯醇(PVA)為原料,制備PVA-KOH電解質(zhì),組裝固態(tài)超級(jí)電容器。并對(duì)其進(jìn)行恒電流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗、長(zhǎng)循環(huán)等測(cè)試,分析蒜皮基固態(tài)超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。以HGAP-7為電極材料制備的固態(tài)電容器在1 A/g的電流密度下比電容為230.5 F/g,當(dāng)電流密度達(dá)到50 A/g時(shí),比電容仍可達(dá)到202.1 F/g。綜上所述,本文研究了蒜瓣基活性炭的制備工藝,材料特性與電化學(xué)性能,得到了具備高比表面積、高比電容的蒜瓣基活性炭。同時(shí)探究了鹽酸預(yù)處理對(duì)蒜皮基活性炭孔隙結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的影響,得到了一種簡(jiǎn)單的調(diào)控蒜皮基活性炭孔結(jié)構(gòu)的預(yù)處理方法,并分析了蒜皮基活性炭在固態(tài)電解質(zhì)與液態(tài)電解質(zhì)中的電化學(xué)性能。研究結(jié)果為蒜基廢棄物的高值化利用、孔結(jié)構(gòu)的定向調(diào)控提供了理論依據(jù)與參考。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TM53;X705
【部分圖文】：

??罵麵：，，?ｇ?＇?Ｉ?■、又；產(chǎn)、??＾?４?雇丨．?Ｈ??砵?＾?２２００?？??＇?Ｃ＾．?ｙ?、＇．ｊ??５＿ｒ５�！�、、?ｚ，ｃｍ??５〇〇〇〇?條＿——．?．．．＿．．．．．：．——？？？…?＿？?６００．００?＇?，?８００．００??７５０．００?７７５．００?８００．００?８２５．００?８５０．００?Ｂ．炭化Ｓ度?６５０．００?＇？８２５．００?Ａ：活化溫度??＇?７００．００＇８５０．００??Ａ：活化溫度??圖３－１活化溫度和炭化溫度對(duì)比表面積的交互影響??比表面枳??�。海�?／?＾??＇／?－?４．３０?＊?８２５．００??３３０－．??—￣－——ｒ?—?＾?４?１０?；〇ｎ－．?，?８００．００??７５０?００?７７５?００?８００?００?８２５?００?８５０?００?Ｃ：城炭比?ＤＯ＇．、，７７５００?Ａ：活化溫度??Ａ：活化溫度?３＿５Ｇ?７５０－００??圖３－２活化溫度和堿炭比對(duì)比表面積的交互影響??比表面積??ｗｍ??ｊｉ?＼??：?ｊｐ：：｜?３．５０＇－－＾?－?５００－００??Ｕｉ二＿一＾－一?３．７０＂．?＇焉，?＂５５０．００??３３０?？?…．．．■?－ｉ—ｒ??ｒ?—＊？?３＿９〇、、、．＇?６００．００??５００?００?５５０００?６００?００?６５０?００?７００?００?ｃ：城炭比４．丨０?４．３〇＼＾ｒ?．ｚ，６５議?Ｂ：炭化ａ度??Ｂ：炭化溫度?４．５ｄ?７００－Ｍ??圖３－３炭化溫度和堿炭比對(duì)比表面積的交互影響??３

??罵麵：，，?ｇ?＇?Ｉ?■、又；產(chǎn)、??＾?４?雇丨．?Ｈ??砵?＾?２２００?？??＇?Ｃ＾．?ｙ?、＇．ｊ??５＿ｒ５。》、、?ｚ，ｃｍ??５〇〇〇〇?條＿——．?．．．＿．．．．．：．——？？？…?＿？?６００．００?＇?，?８００．００??７５０．００?７７５．００?８００．００?８２５．００?８５０．００?Ｂ．炭化Ｓ度?６５０．００?＇？８２５．００?Ａ：活化溫度??＇?７００．００＇８５０．００??Ａ：活化溫度??圖３－１活化溫度和炭化溫度對(duì)比表面積的交互影響??比表面枳??！：１?／?＾??＇／?－?４．３０?＊?８２５．００??３３０－．??—￣－——ｒ?—?＾?４?１０?；〇ｎ－．?，?８００．００??７５０?００?７７５?００?８００?００?８２５?００?８５０?００?Ｃ：城炭比?ＤＯ＇．、，７７５００?Ａ：活化溫度??Ａ：活化溫度?３＿５Ｇ?７５０－００??圖３－２活化溫度和堿炭比對(duì)比表面積的交互影響??比表面積??ｗｍ??ｊｉ?＼??：?ｊｐ：：｜?３．５０＇－－＾?－?５００－００??Ｕｉ二＿一＾－一?３．７０＂．?＇焉，?＂５５０．００??３３０?？?…．．．■?－ｉ—ｒ??ｒ?—＊？?３＿９〇、、、．＇?６００．００??５００?００?５５０００?６００?００?６５０?００?７００?００?ｃ：城炭比４．丨０?４．３〇＼＾ｒ?．ｚ，６５議?Ｂ：炭化ａ度??Ｂ：炭化溫度?４．５ｄ?７００－Ｍ??圖３－３炭化溫度和堿炭比對(duì)比表面積的交互影響??３

??罵麵：，，?ｇ?＇?Ｉ?■、又；產(chǎn)、??＾?４?雇丨．?Ｈ??砵?＾?２２００?？??＇?Ｃ＾．?ｙ?、＇．ｊ??５＿ｒ５。》、、?ｚ，ｃｍ??５〇〇〇〇?條＿——．?．．．＿．．．．．：．——？？？…?＿？?６００．００?＇?，?８００．００??７５０．００?７７５．００?８００．００?８２５．００?８５０．００?Ｂ．炭化Ｓ度?６５０．００?＇？８２５．００?Ａ：活化溫度??＇?７００．００＇８５０．００??Ａ：活化溫度??圖３－１活化溫度和炭化溫度對(duì)比表面積的交互影響??比表面枳??！：１?／?＾??＇／?－?４．３０?＊?８２５．００??３３０－．??—￣－——ｒ?—?＾?４?１０?；〇ｎ－．?，?８００．００??７５０?００?７７５?００?８００?００?８２５?００?８５０?００?Ｃ：城炭比?ＤＯ＇．、，７７５００?Ａ：活化溫度??Ａ：活化溫度?３＿５Ｇ?７５０－００??圖３－２活化溫度和堿炭比對(duì)比表面積的交互影響??比表面積??ｗｍ??ｊｉ?＼??：?ｊｐ：：｜?３．５０＇－－＾?－?５００－００??Ｕｉ二＿一＾－一?３．７０＂．?＇焉，?＂５５０．００??３３０?？?…．．．■?－ｉ—ｒ??ｒ?—＊？?３＿９〇、、、．＇?６００．００??５００?００?５５０００?６００?００?６５０?００?７００?００?ｃ：城炭比４．丨０?４．３〇＼＾ｒ?．ｚ，６５議?Ｂ：炭化ａ度??Ｂ：炭化溫度?４．５ｄ?７００－Ｍ??圖３－３炭化溫度和堿炭比對(duì)比表面積的交互影響??３
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 謝應(yīng)波;張維燕;張睿;成果;張傳祥;喬文明;凌立成;;NaOH活化法中堿炭比對(duì)孔結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響[J];材料科學(xué)與工藝;2009年05期

2 孟慶函,劉玲,宋懷河,凌立成;超級(jí)電容器用復(fù)合炭極板電極的電化學(xué)性能[J];電源技術(shù);2004年07期

3 海永強(qiáng);張文峰;王碧燕;曹高萍;;超級(jí)電容器用活性炭的制備及性能[J];電池;2006年02期

4 韓金磊;陳書禮;榮常如;陳雷;張克金;;超級(jí)電容器用玉米芯基活性炭材料的制備和性能研究[J];汽車技術(shù);2015年09期

5 張傳祥;張睿;成果;謝應(yīng)波;詹亮;喬文明;凌立成;;煤基活性炭電極材料的制備及電化學(xué)性能[J];煤炭學(xué)報(bào);2009年02期

6 孟慶函,劉玲,宋懷河,張睿,凌立成;炭氣凝膠為電極的超級(jí)電容器電化學(xué)性能的研究[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);2004年03期

7 潘登宇;何捍衛(wèi);周海生;劉雪穎;王曉;;活性炭孔分布對(duì)其電容衰減性能的影響[J];粉末冶金材料科學(xué)與工程;2015年03期

8 祁佩榮;代斌;;香蕉皮基多孔炭泡沫的制備及其電化學(xué)性能[J];石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2019年04期

9 楊勝杰;張曉麗;路永廣;;竹基活性炭的制備及電化學(xué)性能研究[J];河南化工;2020年05期

10 吳地艷;劉康愷;任秀麗;樸英愛(ài);孟龍?jiān)?;菌糠基活性炭的制備及其電化學(xué)性能研究[J];天然氣化工(C1化學(xué)與化工);2020年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉旌江;氯化鈣活化生物質(zhì)廢棄物高效制備高比電容多級(jí)孔雜原子摻雜碳[D];華南理工大學(xué);2016年

2 張華;柚皮基活性炭制備及吸附應(yīng)用機(jī)理研究[D];廣西大學(xué);2013年

3 卿旭堂;功能性納米材料的制備及其性質(zhì)研究[D];南京大學(xué);2014年

4 周軍雙;溶劑熱法制備碳基材料及超級(jí)電容器性能的研究[D];燕山大學(xué);2017年

5 高麗麗;超級(jí)電容器用聚丙烯腈基活性碳纖維的直接活化制備及性能研究[D];吉林大學(xué);2014年

6 乜廣弟;一維復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的可控構(gòu)筑及其超級(jí)電容器電極性能研究[D];吉林大學(xué);2017年

7 翟登云;高能量密度超級(jí)電容器的電極材料研究[D];清華大學(xué);2011年

8 張雪峰;高體積比電容Ti_3C_2T_x電極材料制備及電化學(xué)行為[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

9 趙志超;電活性碳改性材料的電化學(xué)儲(chǔ)能研究[D];東南大學(xué);2018年

10 劉榮;三維復(fù)合柔性電極的制備及電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 紀(jì)童童;蒜基廢棄物制備多孔炭及超級(jí)電容性能優(yōu)化研究[D];山東大學(xué);2020年

2 宋世姣;玉米皮基多孔碳材料的制備及超級(jí)電容器性能研究[D];黑龍江大學(xué);2017年

3 葉曉丹;活性炭及炭基超級(jí)電容器電極材料的制備及電化學(xué)性能研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2013年

4 吳登鵬;碳基改性電極材料制備及電化學(xué)性能研究[D];上海交通大學(xué);2019年

5 尹傳明;基于石墨烯的超級(jí)電容器的制備及其電性能研究[D];湘潭大學(xué);2016年

6 趙赟;軟模板法調(diào)控NiCo_2O_4電容器電極的形貌及性能研究[D];山西師范大學(xué);2017年

7 汪友森;石油焦基活性炭的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];北京化工大學(xué);2007年

8 馬小豐;淀粉基活性炭的制備及在超級(jí)電容器中的應(yīng)用[D];北京化工大學(xué);2012年

9 李影;溶劑熱法制備金屬氧化物與活性炭的復(fù)合材料及其電化學(xué)性能的研究[D];太原理工大學(xué);2015年

10 宋祎博;超級(jí)電容器用豆粕活性炭的工藝優(yōu)化及其復(fù)合材料的設(shè)計(jì)合成[D];燕山大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2878027