活性炭材料的結(jié)構(gòu)控制及其超級電容性質(zhì).pdf

1、作為一種新型的儲能器件,超級電容器在功率密度、生產(chǎn)成本、循環(huán)壽命、以及環(huán)保等方面具有非常大的優(yōu)越性,是現(xiàn)今儲能裝置領域研究的熱點?；钚蕴勘粡V泛用作超級電容器電極材料,其結(jié)構(gòu)直接決定了超級電容器的性能。本課題旨在實現(xiàn)用植物廢棄物制備活性炭,并進行結(jié)構(gòu)表征和測試其超級電容性質(zhì)。利用一步高溫熱裂解炭化工藝制備植物基活性炭,采用不同的植物前驅(qū)體、改變炭化溫度和延長炭化時間得到不同結(jié)構(gòu)的活性炭材料,使用KOH和NaCl來提高活性炭的結(jié)構(gòu)性能,從而

2、改善活性炭材料的超級電容性質(zhì)。研究比表面積、孔容以及孔結(jié)構(gòu)對炭電極材料的電化學性能的影響。使用SEM、XRD、Raman、TGA和全自動比表面及孔隙度分析儀對活性炭材料的結(jié)構(gòu)進行了表征;用電化學工作站對活性炭電極材料進行了超級電容性能的測試。主要研究工作和結(jié)論如下:
　　采用異木棉樹皮、酒瓶椰子樹皮、竹葉、蘆葦、盆架子樹葉和芭蕉葉為原料,采用高溫一步炭化方法制備活性炭,沒有經(jīng)過活化的炭材料具有優(yōu)良的空隙結(jié)構(gòu),其比表面積從66m2/

3、g到468m2/g。其中,異木棉樹皮和酒瓶椰樹皮基活性炭的比表面積分別高達386m2/g和468m2/g。電化學測試結(jié)果表明酒瓶椰子樹皮基活性炭具有優(yōu)良的超級電容性能,當以電流密度為1A/g進行充放電時,其比電容和能量密度分別高達129F/g和25.8Wh/kg。
　　選用異木棉樹皮為前驅(qū)體,研究炭化溫度、炭化時間對活性炭孔結(jié)構(gòu)及其電容性能的影響。研究結(jié)果表明隨著炭化溫度升高和延長炭化時間,異木棉基活性炭的比表面積逐漸增加。炭化溫

4、度從700℃升高至1000℃時,活性炭的比表面積從36m2/g提高到221m2/g,其比容量也從28.3F/g增加到106F/g;在1000℃炭化時間從1h延長至5h時,活性炭的比表面積從211m2/g提高到396m2/g,其比容量先增加后有所下降。在1000℃炭化4h時,活性炭材料的比容量和能量密度最大,分別為120.8F/g和24.2Wh/kg。
　　采用化學活化改變了活性炭的結(jié)構(gòu)和提高了其電容性能。以KOH作為活化劑,與80

5、0℃炭化的異木棉樹皮基活性炭均勻混合后在500℃低溫活化,比表面積和孔容分別提高了290％和330%,電容量提高了124%;當掃描速度為5mV/s時,其比電容和能量密度分別高達202.5F/g和40.5Wh/kg。用NaCl浸泡酒瓶椰子樹皮后高溫炭化比未處理的比表面積增加65%,中孔比例提高到了53%。其比容量和能量密度分別高達203.3F/g和40.7Wh/kg,與未處理相比超級電容性能提高了約60%。
　　綜上,本論文較為系統(tǒng)