發(fā)布時(shí)間：2020-06-07 06:44

【摘要】：超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能器件,因其快速充放電、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高功率密度和綠色環(huán)保等卓越性能吸引了相當(dāng)多的關(guān)注。而電極材料作為超級(jí)電容器的核心部件,其性能將決定超級(jí)電容器的比容量。針對(duì)這個(gè)問題,本文分別以石油瀝青、酚醛樹脂為碳前驅(qū)體,制備出多孔碳和多孔碳-石墨烯復(fù)合材料,用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線電子衍射(XRD)、氮?dú)馕矫摳椒?BET)、紅外光譜(IR)、拉曼光譜(Raman)等表征方法對(duì)碳材料的形貌、比表面積、孔道結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了研究,并測(cè)試了電化學(xué)性能。以石油瀝青為碳前驅(qū)體,采用碳酸鈣為硬模板,利用碳酸鈣本身的占位和熱分解放出氣體所產(chǎn)生的造孔效應(yīng)在碳化溫度為650~950℃下成功制備出了多孔碳材料。研究表明,碳化溫度對(duì)多孔碳的結(jié)構(gòu)和形態(tài)有很大的影響,其中在碳化溫度為850℃時(shí)制備的多孔碳材料PC-CaCO_3-850具有最佳的性能,它是由多孔片層有序堆疊而成,且具有較大比表面積、豐富的微孔和合理分布的孔結(jié)構(gòu);在三電極體系中具有較好的電容性能,包括較高的比容量(0.5A g~(-1)時(shí),比容量高達(dá)267F g~(-1))和穩(wěn)定的循環(huán)性(10A g~(-1)時(shí),5000個(gè)循環(huán)周期后電容保持率為85.7%);兩電極體系中,CV曲線和GCD曲線均表現(xiàn)出典型的電容行為。以酚醛樹脂為碳前驅(qū)體,采用堿金屬氯化物(LiCl、NaCl和KCl)為鹽模板,在碳化溫度為650~950℃條件下,通過一步法制備出多孔碳-石墨烯復(fù)合材料,其在超級(jí)電容器中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。結(jié)構(gòu)和形態(tài)表征表明,所有的復(fù)合材料都具有特殊的三維結(jié)構(gòu),其由石墨烯片和化學(xué)生長(zhǎng)其上的多孔碳組成,多孔碳充當(dāng)間隔物以阻止石墨烯片的聚集。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)由于其高比表面積、豐富的微孔/中孔/大孔、石墨烯的高導(dǎo)電性以及多孔碳與石墨烯之間的強(qiáng)化學(xué)相互作用,從而有助于離子在復(fù)合材料中的滲透/遷移。分別以三類堿金屬氯化物為鹽模板制備的碳材料最佳碳化溫度均為750℃,其中PCG-KCl-750的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能最優(yōu)異,其在三電極體系中具有非常優(yōu)異的電容行為,包括超高的比容量(0.5Ag~(-1)時(shí),比容量為341F g~(-1))、優(yōu)異的倍率性(20Ag~(-1)時(shí),電容保持率高達(dá)69.5%)和穩(wěn)定的循環(huán)壽命性(10Ag~(-1)時(shí),5000個(gè)連續(xù)循環(huán)后的比容量保持率為95.2%);在兩電極體系中也具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。
【圖文】：

18圖 2-1 PPC-850 和 PC-CaCO3-T 系列碳材料的掃描電鏡、透射電鏡圖EM, TEM images of (a, b) PPC-850, (c, d) PC-CaCO3-650, (e, f,) PC-CaCOPC-CaCO3-850, (i, j) PC-CaCO3-950

未添加 CaCO3的 PPC-850 碳材料是由片層沒有明顯的孔結(jié)構(gòu)。PC-CaCO3-T 系列碳材料卻PC-CaCO3-650 很明顯是一種多孔材料，呈蜂窩狀，0 是由多孔片層有序堆疊而成的，肉眼可見大孔很多950 同樣也是由多孔片層有序堆疊而成，不僅有大孔CO3-750 相比，PC-CaCO3-850 和 PC-CaCO3-950 樣品的破碎。以上碳材料的形貌和結(jié)構(gòu)變化可能歸因于化溫度為 650℃時(shí)，多孔結(jié)構(gòu)是利用 CaCO3的占位生時(shí)，微量 CaCO3熱解放出二氧化碳?xì)怏w，，形貌變?yōu)橛?825℃時(shí)，CaCO3熱解生成較多二氧化碳?xì)怏w，形孔片層被破壞；當(dāng)碳化溫度為 950℃時(shí)，大量生成的微孔，造成大量的介孔、大孔，多孔片層被嚴(yán)重破
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM53;TB33

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 鐘存貴;瀝青基超級(jí)電容器炭電極材料的制備及電化學(xué)性質(zhì)研究[D];太原理工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2701017