超級電容器由于其高的功率密度和快速充放電等優(yōu)勢,可以作為新的能源儲存裝置,但是,超級電容器的功率和能量密度應(yīng)進一步提高,這其中的關(guān)鍵因素就取決于電極材料的改進。本論文針對現(xiàn)如今電極材料價格昂貴、產(chǎn)率較低、孔徑不可控的缺點,提出了一種開發(fā)超級電容器電極的新思路。選用在自然界中廣泛存在、可以再生的生物質(zhì)材料作為制備活性碳材料的原料,棉花是自然界中雜質(zhì)較少的生物質(zhì),它的主要成分為纖維素,其他雜質(zhì)的干擾較少。本論文選用高溫碳化、KNO3氧化、KOH活化的方法對生物質(zhì)進行處理,制備生物質(zhì)基活性碳材料,采用單因素測試的方法,結(jié)合各種測試手段如掃描電鏡、X射線衍射、氮氣吸脫附測試等以及恒流充放電、循環(huán)伏安等電化學(xué)測試,對制備的碳材料的結(jié)構(gòu)、形貌、性能進行表征,得出碳化、氧化、活化過程的最佳條件。通過碳化、氧化、活化聯(lián)合制備的多孔生物質(zhì)活性碳材料,性能最優(yōu),它在電流密度為1 Ag-1時比電容可達283 F g-1,當(dāng)電流密度增大為100 A g-1時,比電容可達229 F g-1,僅有19.09%的衰減。此外,它具有優(yōu)異的循環(huán)性能,在電流密度為20、50、100Ag-1時,進行了 100,000次循環(huán)... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２超級電容器結(jié)構(gòu)簡化圖??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??１．３電極材料－碳材料??

?第一章緒論???％??＃＞?？??圖１－３碳材料：石墨烯、碳納米管、活性碳??Ｆｉｇ．?１－３?Ｃａｒｂｏｎ?Ｍａｔｅｒｉａｌ：?ｇｒａｐｈｅｎｅ，?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，?ａｃｔｉｖａｔｅｄ?ｃａｒｂｏｎ．??活性碳（ＡＣ）作為最廣泛使用的碳材料電極，因為它們具有很多的優(yōu)點，大??的表面積，相對良好的電性能和適中的成本。ＡＣ通常由各種類型的富碳前驅(qū)體??（例如椰子殼，木材，瀝青，焦碳等）通過物理（高溫）或者化學(xué)活化產(chǎn)生［４２，４３］。??物理活化通常是對碳前驅(qū)體部分可控氣化過程，指在氧化氣體（如水蒸汽，Ｃ〇２??和空氣）的存在下，在髙溫（７００－１２００°Ｃ）下處理碳前體�；瘜W(xué)活化因為有活化??劑的存在所以所需的溫度較低，通常在（４００－７００°Ｃ）下用活化劑如Ｈ３Ｐ〇４、ＫＯＨ、??咖０３和２１１（：１２處理［４＿。根據(jù)不同的活化方法以及所用的碳前體的差異，已經(jīng)??生產(chǎn)出具有各種物理、化學(xué)性質(zhì)的活性碳材料，這些材料的比表面積較高，可達??到２０００ｍ２ｇ＿１，它們的電化學(xué)性質(zhì)較好。眾所周知，活化過程產(chǎn)生的ＡＣ多孔結(jié)??構(gòu)具有寬孔徑分布，包括微孔、中孔、大孔這些不同孔徑大小的孔結(jié)構(gòu)都能出現(xiàn)??到ＡＣ中＊］。雖然比表面積為超級電容器的性能的重要參數(shù)，但是其性能也會由??其他性質(zhì)影響，諸如材料的導(dǎo)電性，孔徑的分布等特點也在很大的程度下影響其??電化學(xué)性能。在活化過程中，不能一味的追求大的比表面積而進行過度活化，要??適可而止才能生產(chǎn)出比表面積合適，導(dǎo)電性能優(yōu)越的電極材料。此外，高表面積??可能增加懸空鍵位置會造成電解質(zhì)分解的風(fēng)險。ＡＣ己經(jīng)在商業(yè)上用作超級電容??器電極材料。然而，由于其孔徑分布和孔

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???圖１－５各種活性碳材料圖片??Ｆｉｇ．?１－５?Ｐｈｏｔｏｓ?ｏｆ?ａｃｔｉｖａｔｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??１．４．２．１熱解轉(zhuǎn)化??在中等溫度（１００－５００°Ｃ）控制氣氛為與碳為惰性的氣氛下進行常規(guī)熱解是??一種成熟的將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為含碳材料的方法［６７，６＼所得含碳材料主要由不規(guī)則非??晶碳組成，結(jié)晶度低，多孔性和比表面積較小由于生物質(zhì)中含有復(fù)雜的三維??基質(zhì)，除了碳原子外還含有豐富的雜原子，因此在熱解過程中，生物質(zhì)內(nèi)部的強??相互聯(lián)系很難被切斷和有序排列，所以該種方法的研宄和應(yīng)用較少。例如，劉報??告說，紫蘇葉片在６００°Ｃ到８００°Ｃ下熱分解后，可以分別從中收集３０到４０納??米和１２０納米的扁平和褶皺的碳納米片以及碳納米棒［７（）］。??１．４．２．２熱化學(xué)活化??利用化學(xué)活化劑，活化劑的種類、性質(zhì)豐富多樣，如ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＺｎＣｂ??或Ｈ３Ｐ０４Ｍ這些較為常見的活化劑，通過這些活化劑進行熱分解過程是利用具有??高比表面積和多孔性的生物質(zhì)制備活性碳的成熟方法此外，化學(xué)活化劑在??碳基質(zhì)的演化和多孔結(jié)構(gòu)的形成中起著至關(guān)重要的作用。??Ｎｉｕ等人考慮到除了引入化學(xué)活化劑（Ｋ０Ｈ）外，７００°?Ｃ下的預(yù)碳化處理??對于從甘蔗渣皮中制備具有大的多尺度褶皺納米片結(jié)構(gòu)和高表面積的碳納米片??也是有必要的。同時，云杉皮在１８０°?Ｃ下的水熱碳化，可以在水熱碳化的不銹??鋼高壓釜中，觀察到具有超高比表面積（２３８５１＾＃）、大體積分級孔和易于接近??的石墨烯納米片的開放表面的三維互連結(jié)構(gòu)［？】。Ｊｏｎｇ－Ｓｕｎｇ?Ｙｕ【１６】等人研究用牛糞??作為前驅(qū)體，通過預(yù)


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