為了提高超級電容器的性能,減少化石燃料帶來的環(huán)境污染,人們相繼開發(fā)了各類新型超級電容材料用于電動汽車等領(lǐng)域。碳材料作為一種典型的雙電層電容器材料,其中生物質(zhì)衍生活性炭以其原料來源廣泛,生產(chǎn)成本低,比表面積大,和比電容高等優(yōu)點在眾多碳材料中脫穎而出。由于贗電容材料在充放電過程中具有氧化還原反應(yīng),因而可以提供比雙電層電容更高的能量密度,其中雙金屬氫氧化物（LDHs）以其獨特的結(jié)構(gòu)和贗電容特性受到了越來越多的關(guān)注。本文在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上進行改進,制備了兩種電極材料。首先以棉花為原材料,經(jīng)粘膠摻雜法得到再生纖維素纖維,再經(jīng)碳化、KOH活化得到棉花基多孔活性炭;隨后使用絡(luò)合沉淀法制備得到次磷酸陰離子插層的NiFe LDHs;最后將次磷酸插層水滑石和棉花基活性炭分別作為正極和負極組裝成不對稱電容器,進行了 一系列的物理化學(xué)表征和電化學(xué)測試。主要研究內(nèi)容如下:（1）以棉花為原材料經(jīng)粘膠摻雜法得到再生纖維素纖維,再進行碳化和KOH活化處理得到蜂窩狀多孔活性炭。在研究過程中,通過對活化過程中的堿炭比、溫度、時間等條件的優(yōu)化,得出最佳的活化條件為:KOH:C=3:1、活化溫度為700℃、活化時間為2h。在... 

【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

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２?（ａ）雙電層電容器；（ｂ）贗電容電容器；（ｃ）混合型電容器工作原理示意圖［２５］：??Ｆｉｇ?１－２?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ：?（ａ）?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｏｒ；（ｂ）?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ；（ｃ）??ｈｙｂｒｉｄ?ｃａｐａｃｉｔｏｒ?ｓｃｈｅ?

ｍ３?ｇ－１大孔體積和出色的熱穩(wěn)定性。由于物理活化主要依靠氧化碳原子形成孔??隙，不需要使用化學(xué)藥品，對環(huán)境污染較小，同時也存在活性炭的收率不高，時間長，??作用弱，比表面低等問題。??（２）化學(xué)活化法??化學(xué)活化法是將生物質(zhì)前驅(qū)體與活化劑混合，然后在３００－９５０?°Ｃ的溫度下進行??碳化和活化，常用的活化劑有ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＨＣＯ３、Ｈ３Ｐ〇４、ＺｎＣｌ２、Ｈ２Ｓ〇４。在活??化過程中，ＫＯＨ、ＮａＯＨ高溫下為熔融狀態(tài)，能夠滲透進碳材料孔隙中，經(jīng)化學(xué)刻蝕??得到較多的微孔，圖１－７為物理和化學(xué)活化過程示意圖，可以看出物理活化大部分發(fā)??生在材料的表面，化學(xué)活化法則在表面和內(nèi)部同時進行。Ｙａｎｇ等［６（）］以ＮａＯＨ為活化??劑活化廢棄山竹皮成功的制備出多孔活性炭，在電流密度１?Ａ?ｇ－１時比電容為３５７?Ｆ?ｇ＿??、含鉀活化劑ＫＯＨ、ＫＨＣ０３在溫度超過７５０°Ｃ產(chǎn)生的鉀蒸汽插層進入炭骨架中能使??晶格膨脹，有利于新孔的形成。Ｙｕ等［６１］以甘蔗渣為原料，經(jīng)水熱炭化、ＫＯＨ活化制??備得到的活性炭比表面積高達３１５１?ｍ２?ｇ－１３ｎＣｌ２能夠在低溫下促進生物質(zhì)氣化脫氫，??高溫下氣化充當炭材料內(nèi)部的柱撐模板，Ｈ３Ｐ０４對多糖有強烈脫水作用，能夠降低植??物基前驅(qū)體的炭化溫度，Ｈ３Ｐ０４、ＺｎＣｌ２作活化劑制備的活性炭多中孔。＼＼＾１１等［６２］將油??菜花直接加入ＺｎＣｌ２和ＦｅＣｂ混合溶液，冷凍干燥，高溫活化得到Ｎ，Ｓ共摻雜的分層??多孔活性炭，１?Ａ?ｇ－１的電流密度下顯示出３６１．６?Ｆ?ｇ－１的高比電容。一般化學(xué)活化法比??物理活化反應(yīng)溫度低和活化時間短，制備得到的碳材料孔徑分布寬和比表面積也較高，??

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???溫線，然后利用樣品表面在超低溫和一定氣壓強度時對氣體的可逆物理吸附存在一個??平衡吸附量，利用這個吸附值計算材料的比表面積和ＤＦＴ（密度泛函理論）計算材料的??孔徑分布。如圖２－１為六種不同類型的吸脫附等溫線，通過觀察吸脫附等溫線可以對??材料的孔徑進一步分析。本實驗使用的是麥克儀器有限公司的ＡＳＡＰ－２４６０－４Ｎ儀器，??測試前需進行脫氣處理，脫氣時間為７?ｈ，脫氣溫度為２００?°Ｃ，然后在－１９６?°Ｃ下進行??測試。??Ｉ?ＩＩ?ｈｉ??Ｙ＾?ｙ?Ｊ??§?ＩＶ?Ｖ??，?ＶＩ??Ｒｅｖｉｖｅ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｐ／ｐ＊??圖２－１常見的六種吸附等溫線??Ｆｉｇ２－１?Ｓｉｘ?ｃｏｍｍｏｎ?ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ??２．３．７熱重／差熱分析（ＴＧ／ＤＴＧ）??ＴＧ分析是在氮氣中測定物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度的變化的一種熱分析方法，根據(jù)ＴＧ曲??線中失重的溫度和比例可以推測所發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)。ＤＴＧ曲線表示質(zhì)量隨時間??的變化率與溫度的關(guān)系，ＤＴＧ曲線的峰面積正比于失重量，另外ＤＴＧ曲線和ＴＧ曲??線存在一定的對應(yīng)關(guān)系，ＤＴＧ曲線的峰頂對應(yīng)于ＴＧ曲線的拐點，此處失重最快，??ＤＴＧ曲線上的峰數(shù)與ＴＧ曲線上的臺階數(shù)一致，代表失重的次數(shù)。本實驗使用的儀器??是耐馳公司的ＳＴＡ４４９Ｆ５，測試溫度范圍為２０?°Ｃ？８００?°Ｃ，升溫速率為１０?°Ｃ?ｍｉｎ－１。??２．３．８傅立葉變換紅外光譜（ＦＴ－ＩＲ）??當紅外光的振動頻率與化學(xué)鍵或官能團振動頻率相當且偶極矩不為零時可產(chǎn)生??紅外光譜。根據(jù)波長可將紅外光譜分為近紅外區(qū)、中紅外區(qū)、遠紅外區(qū)，中紅外區(qū)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]植物基多孔炭材料在超級電容器中的應(yīng)用[J]. 郭楠楠,張?zhí)K,王魯香,賈殿贈.  物理化學(xué)學(xué)報. 2020(02)
[2]生物質(zhì)衍生碳材料的結(jié)構(gòu)多樣性及其在能量存儲方面的應(yīng)用（英文）[J]. 江麗麗,盛利志,范壯軍.  Science China Materials. 2018(02)
[3]棉花基多孔碳材料的合成、微結(jié)構(gòu)及超電性能研究（英文）[J]. 郝燕霞,錢猛,徐吉健,畢輝,黃富強.  無機材料學(xué)報. 2018(01)
[4]Carbonaceous aerogel and CoNiAl-LDH@CA nanocomposites derived from biomass for high performance pseudo-supercapacitor[J]. Sidi Zhang,Jian Liu,Peipei Huang,Hao Wang,Changyan Cao,Weiguo Song.  Science Bulletin. 2017(12)
[5]高容量超級電容器電極材料的設(shè)計與制備[J]. 吳中,張新波.  物理化學(xué)學(xué)報. 2017(02)
[6]硅鉬藍分光光度法測定進口玉米中的二氧化硅[J]. 王華,熊升偉,盛強.  糧食儲藏. 2012(05)
[7]鐵礦石中二氧化硅含量的快速測定[J]. 陳平,呂憲俊,孫麗君.  金屬礦山. 2009(02)
[8]陰離子型層柱材料研究進展[J]. 杜以波,D.G.Evans,孫鵬,段雪.  化學(xué)通報. 2000(05)

碩士論文
[1]雜原子摻雜多孔炭材料的制備與電容性能研究[D]. 胡龍豐.北京化工大學(xué) 2018



本文編號：3442031