電解液添加劑對檸檬酸鹽基炭材料的超電容性能影響研究.pdf

1、本論文主要利用模板炭化法制備一系列具有不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的納米多孔炭材料，考察了炭化溫度和模板類型對炭材料性能的影響。在此基礎(chǔ)上，通過引入一系列不同的氧化還原添加劑進(jìn)一步提高超級電容器電化學(xué)性能，對其反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)的研究。具體內(nèi)容如下:
　　1.引入氧化還原添加劑鈣試劑羧酸鈉(簡稱CS)到KOH電解質(zhì)中提高超級電容器的電化學(xué)性能。實驗中，首先在800℃下直接炭化檸檬酸鉀得到Carbon-800樣品。然后在三電極系統(tǒng)中測量電

2、化學(xué)性能，以6 mol L-1 KOH為電解液，測得該樣品在3 Ag-1電流密度下的質(zhì)量比電容為128 Fg-1。為了進(jìn)一步提升超級超級電容器的電容性能，在KOH電解液中引入一系列濃度的鈣試劑羧酸鈉。結(jié)果表明，當(dāng)6 mol L-1 KOH電解液中加入15 mmol L-1鈣試劑羧酸鈉，Carbon-800-15樣品在3 Ag-1的電流密度下顯示出了較高的質(zhì)量比電容237 F g-1，是Carbon-800樣品質(zhì)量比電容的2.1倍。除此之

3、外，在二電極系統(tǒng)中，Carbon-800-15樣品在1.5 kWkg-1的功率密度下能量密度高達(dá)11.4 Wh kg-1，遠(yuǎn)大于在相同功率密度Carbon-800樣品的能量密度7.3 Wh kg-1。提高的比電容主要來源于電極/電解液表面質(zhì)子與電子的快速氧化還原反應(yīng)。由此可見，鈣試劑羧酸鈉在提高超級電容器的性能方面具有潛在的應(yīng)用價值。
　　2.以檸檬酸三鈉為唯一碳源在800℃下炭化，制備新型的二維非晶炭材料(樣品命名為SC-bla

4、nk)，該樣品比表面積和孔隙體積分別高達(dá)1015.8m2 g-1和2.0m3g-1。此外，我們應(yīng)用了一種炭化和石墨化同步的方法合成部分石墨化炭材料。首先，在800℃下炭化檸檬酸三鈉和硝酸鎳的混合物（質(zhì)量比為7∶1），得到SC-7∶1樣品，由于石墨化程度的增加促使其比表面積減少到682.8 m2 g-1，質(zhì)量比電容也有所減小，但該樣品具有了更好的倍率性能。更為重要的是，引入一定量的氧化還原添加劑對磺基苯偶氮變色酸鈉(簡稱SAA)到KOH電

5、解液中提高超級電容器的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為3 Ag-1時，SC-blank樣品在KOH和對磺基苯偶氮變色酸鈉混合電解液中的質(zhì)量比電容高達(dá)200 Fg-1，相對于在傳統(tǒng)KOH電解液中測得的比電容(66 Fg-1)有了很大幅度的提高?？傊瑢腔脚嫉兩徕c是一種可以有效提高電容的氧化還原添加劑。
　　3.引入一種簡單高效的氧化還原添加劑鄰苯二酚紫(簡稱PCV)到不同的水質(zhì)電解液(H2SO4、 Na2SO4、 KOH)中提高超級

6、電容器的電化學(xué)性能，這種性能的提升主要來源于電子和質(zhì)子在電極/電解液界面快速的氧化還原反應(yīng)。實驗表明鄰苯二酚紫的濃度對超級電容器電化學(xué)性能具有重要的影響。在二電極系統(tǒng)中，當(dāng)把0.006mol的鄰苯二酚紫加入到1mol L-1 H2SO4電解液中，超級電容器的電容達(dá)到200 Fg-1，其是初始質(zhì)量比電容的2.6倍。此外，對應(yīng)的能量密度也高達(dá)28Wh kg-1（增加了兩倍）。鄰苯二酚紫也被進(jìn)一步加入到Na2SO4和KOH介質(zhì)中，其電容和能量