超級電容器炭基電極材料制備及其電容性能研究.pdf

1、超級電容器在電子、新能源等高新技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。其性能主要是由電極材料決定的，因此降低材料成本，獲得最佳性價比，成為電極材料研發(fā)的關(guān)鍵。
　　 本文通過發(fā)泡將瀝青和酚醛樹脂制備成具有微米級泡壁的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，再通過炭化、水蒸氣活化制備成活性泡沫炭；以糠醇為原料，通過模板法制備了孔結(jié)構(gòu)分布窄的微孔模板炭；以天然鱗片石墨為原料，采用改進的Hummers法，制備了具有開放表面結(jié)構(gòu)的石墨烯。用循環(huán)伏安法、恒流充放電和交流阻抗法等電

2、化學評價方法，研究了微孔和開放平面內(nèi)的充放電平衡容量和功率特性，并考察了孔結(jié)構(gòu)對雙電層電容性能的影響，及其與電解質(zhì)離子的匹配關(guān)系。
　　 以熱塑性酚醛樹脂為原料，加入12 wt[％]的六次甲基四胺固化劑，在氮氣保護下以10℃/min從室溫升溫到約210℃發(fā)泡，并繼續(xù)升溫到700℃炭化。在水流量為1.0～2.0mL/min的蒸汽中700～850℃活化60～180min，得到比表面在474～1287m2/g，孔徑在0.64～5.0n

3、m之間的酚醛基活性泡沫炭；以軟化點為285℃各向同性煤焦油瀝青為原料，加入30wt[％]甲苯，設(shè)定初始壓力為3.0MPa，在300℃下發(fā)泡，經(jīng)過氧化炭化，并在850℃下，水流量為1.0mL/min水蒸汽活化60～180min，得到了比表面為399～953m2/g，孔徑在0.59～5.0nm之間的瀝青基活性泡沫炭。
　　 比較了比表面為961m2/g的酚醛基活性泡沫炭和比表面積為953m2/g的瀝青基活性泡沫炭的雙電層電容性能，在

4、1.0mA充放電時，二者容量相近，分別為117F/g和112.5F/g，當電流增加到50mA時，二者的容量差別變大，前者為60.5F/g，后者為28.3 F/g，表明酚醛基比瀝青基活性泡沫炭的孔容更大一些，有利于提高功率特性；比較了比表面積為1267m2/g的酚醛基活性泡沫炭和比表面積為1297m2/g的酚醛基活性炭纖維的雙電層電容特性，在1.0mA充放電時，容量相差不大，前者為142.4 F/g，后者為169.8 F/g，隨著充放電電

5、流的增大，兩種活性炭的電容量差異有所提高，在50mA時，前者為77.1 F/g，后者為121.5F/g，表明活性泡沫炭作為電極材料雖然性能較活性炭纖維低些，但制備簡單。
　　 利用NaY型分子篩，通過糠醇浸漬、聚合、700～800℃炭化、HF脫模等過程，制備了孔徑在1.0nm和1.6nm附近雙峰分布，比表面積約為578～826m2/g的模板炭。選用比表面積為826m2/g的模板炭，考察了在1.5mol/L的NaOH、KOH、Na

6、Cl、Na2SO4四種電解液中模板炭的電化學性能，發(fā)現(xiàn)模板炭在不同電解液中的比電容和循環(huán)伏安特性差別很大，在NaOH中的比容量、可逆性和循環(huán)伏安特性最好，在1.0mA時的比容量可達150.4F/g，在Na2SO4中的電容量最低，1.0mA時的比容量為58.7F/g。原因主要是隨著電解質(zhì)離子半徑的增大，在模板炭孔隙中的擴散阻力增加。
　　 采用改進的Hummers方法制備了氧化石墨，在水中經(jīng)超聲分散得到片層直徑0.4 μm左右的單