本文關鍵詞：雙堿活化法制備超級電容器用多孔炭材料

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【摘要】：煤焦油、蒽油、石油瀝青含有許多稠環(huán)芳香性碳氫化合物,可以作為制備高性能炭材料的優(yōu)質碳源。本文分別以煤焦油、蒽油、石油瀝青為碳源,以Ca(OH)2為模板耦合KOH活化,制備了多種結構和形貌新穎的多孔炭材料。通過氮吸脫附、場發(fā)射掃描電鏡、透射電鏡、X射線光電子能譜和拉曼光譜等技術對所得材料的孔結構和形貌進行分析。采用循環(huán)伏安、恒流充放電和電化學阻抗譜法考察了其電化學性能。主要結論如下:(1)以煤焦油為碳源,制得了超級電容器用多孔炭納米片(PCNs)。當煤焦油、Ca(OH)2、KOH的質量分別為6 g、9 g、12 g時,所得多孔炭納米片命名為PCN6-9-12,其平均孔徑為1.69 nm,比表面積達2236 m2/g。在6 M KOH電解液中,當電流密度為0.05 A/g時,PCN6-9-12的比容為259 F/g,能量密度為8.99 W h/kg。當電流密度增大至20 A/g,PCN6-9-12的比容為210 F/g,能量密度為6.34 W h/kg,容量保持率為81.1%。在2 A/g電流密度下,經過5000次恒流充放電后,PCN6-9-12的容量保持率為90.3%。(2)以蒽油為碳源,制得了超級電容器用卷曲狀多孔炭(CPCs)。當蒽油、Ca(OH)2、KOH的質量、活化溫度分別為6 g、9 g、12 g、850o C時,所得材料命名為CPC6-9-12-850。隨著Ca(OH)2的質量從6 g增加到9 g,電極材料的比表面積、平均孔徑、總孔容均先增大后減小。CPC6-9-12-850的比表面積、平均孔徑與總孔容達到最大值,分別為2838 m2/g、2.15 nm、1.53 cm3/g。在6 M KOH電解液中,當電流密度從0.05 A/g增加到20 A/g時,CPC6-9-12-850的比容僅從289 F/g減小到229 F/g,容量保持率高達80.6%。在5 A/g電流密度下,經10000次恒流充放電后,CPC6-9-12-850的容量保持率高達92.8%,顯示了很好的循環(huán)穩(wěn)定性。(3)以石油瀝青為碳源,制得了泡沫狀多孔炭材料(BPCs)。當石油瀝青、Ca(OH)2、KOH的質量分別為3.6 g、9 g、18 g時,所得材料命名為BPC3.6-9-18,其比表面積、平均孔徑、總孔孔容含量分別達3516 m2/g、2.22 nm、1.95 cm3/g。在6 M KOH電解液中,當電流密度為0.05 A/g時,比容高達320 F/g;當電流密度增大到40 A/g時,其比容仍保持為264 F/g,容量保持率達82.5%,顯示出優(yōu)異的速率性能。在5 A/g電流密度下,經10000次恒流充放電后,BPC3.6-9-18的比容保持為95.8%,表現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：超級電容器 卷曲狀多孔炭 泡沫狀多孔炭
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-25
• 1.1 前言9-10
• 1.2 超級電容器的簡介10-15
• 1.2.1 超級電容器的結構10
• 1.2.2 超級電容器的原理及分類10-12
• 1.2.3 超級電容器優(yōu)點12-13
• 1.2.4 超級電容器的性能指標13-14
• 1.2.5 超級電容器的發(fā)展狀況14
• 1.2.6 超級電容器的市場前景14
• 1.2.7 超級電容器的應用14-15
• 1.3 超級電容器電極材料15-22
• 1.3.1 碳材料16-21
• 1.3.2 金屬氧化物21
• 1.3.3 導電聚合物21-22
• 1.3.4 復合材料22
• 1.4 超級電容器的電解液22-23
• 1.5 本文選題背景及研究內容23-25
• 第二章 實驗25-34
• 2.1 實驗材料及儀器25-26
• 2.1.1 實驗材料25-26
• 2.1.2 實驗儀器26
• 2.2 電極材料的表征方法26-30
• 2.2.1 工業(yè)分析26-27
• 2.2.2 元素分析27
• 2.2.3 熱重分析27
• 2.2.4 電極材料的孔結構分析27-28
• 2.2.5 X射線光電子能譜28-29
• 2.2.6 拉曼光譜分析29
• 2.2.7 場發(fā)射掃描電子顯微鏡29-30
• 2.2.8 透射電子顯微鏡30
• 2.3 作為電極材料的電化學性能的測試方法30-34
• 2.3.1 恒流充放電測試30-31
• 2.3.2 循環(huán)伏安測試31-32
• 2.3.3 交流阻抗EIS測試32-33
• 2.3.4 循環(huán)壽命測試33-34
• 第三章 多孔炭納米片材料的制備及其儲電性能34-48
• 3.1 實驗部分34-36
• 3.1.1 氫氧化鈣的熱重分析曲線34-35
• 3.1.2 多孔炭納米片材料的制備35-36
• 3.1.3 多孔炭納米片材料的組裝36
• 3.2 實驗結果與討論36-46
• 3.2.1 煤焦油的元素分析36-37
• 3.2.2 氮吸脫附分析37-38
• 3.2.3 TEM分析38-39
• 3.2.4 XPS分析39-40
• 3.2.5 拉曼分析40-41
• 3.2.6 電化學性能測試41-46
• 3.3 本章小結46-48
• 第四章 卷曲狀多孔炭材料的制備及其儲電性能48-61
• 4.1 實驗部分48-49
• 4.1.1 卷曲狀多孔炭材料的制備48-49
• 4.1.2 卷曲狀多孔炭材料的組裝49
• 4.2 結果與討論49-59
• 4.2.1 蒽油氣相色譜-質譜聯(lián)用色譜分析49
• 4.2.2 氮吸脫附分析49-51
• 4.2.3 FESEM和TEM分析51-52
• 4.2.4 XPS分析52-53
• 4.2.5 拉曼分析53-54
• 4.2.6 電化學性能測試54-59
• 4.3 本章小結59-61
• 第五章 泡沫狀多孔炭材料的制備及其儲電性能61-73
• 5.1 實驗部分61-62
• 5.1.1 泡沫狀多孔炭材料的制備61-62
• 5.1.2 泡沫狀多孔炭材料的組裝62
• 5.2 結果與討論62-71
• 5.2.1 石油瀝青的元素分析62-63
• 5.2.2 氮吸脫附分析63-64
• 5.2.3 TEM分析64-65
• 5.2.4 XPS分析65-66
• 5.2.5 拉曼分析66-67
• 5.2.6 電化學性能測試67-71
• 5.3 本章小結71-73
• 第六章 結論、創(chuàng)新點以及展望73-75
• 6.1 本文結論73-74
• 6.2 本文創(chuàng)新點74
• 6.3 下一步工作展望74-75
• 參考文獻75-82
• 攻讀碩士學位期間獲獎及發(fā)表論文、專利情況82-83
• 致謝83

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本文編號：1114311