本文關(guān)鍵詞：生物基活性炭的制備及其超級(jí)電容性能研究

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【摘要】：隨著全球電子通訊設(shè)備、汽車等行業(yè)的不斷發(fā)展以及不可再生化石能源面臨日益枯竭的嚴(yán)峻形勢(shì),尋找環(huán)境友好和可持續(xù)的能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換設(shè)備來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的能源需求是當(dāng)前科學(xué)研究的熱點(diǎn)話題。超級(jí)電容器作為一種新型的電化學(xué)能源存儲(chǔ)裝置近年來(lái)備受人們的關(guān)注,與傳統(tǒng)靜電電容器相比,超級(jí)電容器具有更大的能量密度和比容量;而與電池相比,又具有更大的功率密度、高的充放電效率和長(zhǎng)的循環(huán)壽命等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)電極材料可將超級(jí)電容器大致分為:碳基、導(dǎo)電聚合物基、金屬氧化物基及混合型超級(jí)電容器;金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物由于存在導(dǎo)電性差和循環(huán)穩(wěn)定性的問(wèn)題難于廣泛應(yīng)用;碳材料由于綠色環(huán)保和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用,成為較理想的超級(jí)電容器電極材料。由可持續(xù)的生物質(zhì)原料制備的活性炭材料因其原料來(lái)源豐富、制備簡(jiǎn)單、成本低廉和工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)尤為受到研究者們關(guān)注。現(xiàn)今各國(guó)都在研發(fā)高能量密度和功率密度的碳電極材料,再運(yùn)用合適的電解液,從而制造出高性價(jià)比的超級(jí)電容器�；谝陨鲜聦�(shí),本研究以β-環(huán)糊精(β-CD),葡萄糖(G)和豆腐渣這些生物原料為碳源,通過(guò)水熱、碳化及活化等制備過(guò)程制得相應(yīng)的生物基活性炭材料,然后將其制成超級(jí)電容器電極,分別用KOH和銅離子作電解液組裝超級(jí)電容器,進(jìn)行電化學(xué)性能的測(cè)試,主要內(nèi)容如下:1.以β-CD和G為雙碳源,通過(guò)水熱、碳化和一步活化的方法制得雙碳源基活性炭材料(β-CD@G)。用正交實(shí)驗(yàn)和條件實(shí)驗(yàn)探索了β-CD@G基活性炭的最佳合成條件。結(jié)果表明:在0.5 A g-1的電流密度時(shí)6 M KOH電解液中,比容量可高達(dá)254 F g-1。且在1 A g-1電流密度時(shí)經(jīng)1000次循環(huán)后,比容量保留率為73.1%。2.以豆腐渣為碳源,通過(guò)水熱、碳化以及二段活化的方法制備了一種豆腐渣基多孔活性炭材料(BDACG),并將其用作超級(jí)電容器電極,以KOH為電解液組裝超級(jí)電容器,并對(duì)材料的物理性能及其電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。研究表明:在0.5 A g-1電流密度時(shí),比容量可高達(dá)210 F g-1,且在電流密度為1 A g-1時(shí)經(jīng)5000次循環(huán)后比容量仍能為首次的95.1%。3.本章以上章所制備的BDACG材料為電極,結(jié)合銅離子氧化還原電解液,制備了一種具有優(yōu)異電化學(xué)性能的豆腐渣基活性炭/銅離子超級(jí)電容器。同時(shí)對(duì)BDACG電極在銅離子氧化還原電解液中的電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。研究結(jié)果表明:在2M CN+NN銅離子氧化還原電解液中電流密度為1 A g-1時(shí),比容量能夠高達(dá)492 F g-1,且經(jīng)10000次循環(huán)后比容量保留率仍能達(dá)84.1%。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ424.1;TM53

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