多孔炭的合成與電容性能研究.pdf

1、超級電容器具有功率密度高、循環(huán)壽命長、安全性高和環(huán)境友好等優(yōu)點，近年來被廣泛應用于動力電源、激光脈沖、智能電網(wǎng)、節(jié)能建筑和航空航天等領域。目前，由于比表面積大、抗酸堿腐蝕型性強等特性，炭材料作為超級電容器電極具有獨特的優(yōu)勢。然而，炭電極材料面臨著導電率低、與集流體的接觸電阻大以及孔道長度較長等問題，增加了電容器中電子和離子的傳輸阻力，導致了超級電容器能量密度低、倍率性能差和使用壽命短等問題。因此，具有高導電性的新型炭材料的設計合成有著重

2、要的實用意義。本論文利用分子自組裝和原位生長技術，合成了微孔炭納米片和泡沫鎳基底原位生長的多孔炭材料，并研究了其結(jié)構(gòu)特點與電容性能之間的關系。具體包括以下兩個方面:
　　(1)以氧化石墨烯為結(jié)構(gòu)導向劑，采用酚醛胺快速聚合體系，通過溶膠-凝膠法，經(jīng)過簡單的熱解處理一步合成片層厚度為30～40nm的片層微孔炭材料。該材料具有片層結(jié)構(gòu)，利于縮短離子的傳輸路徑;材料中均勻分布的石墨烯提高了材料的電子導電性。相比于傳統(tǒng)的活性炭材料，微孔炭納

3、米片具有更好的雙電層電容特征和大電流充放電能力;經(jīng)過水活化處理，材料的比表面積提高至1293m2g-1，其在水系電解液中的電容值進一步提高，達到190Fg-1。同時，將活化的材料應用到有機電解液的超級電容器中，表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能，質(zhì)量能量密度和體積能量密度達到22.4Whkg-1和17.3mWhcm-3。
　　(2)通過原位聚合的方法制備得到泡沫鎳基底原位生長的多孔炭材料，該材料具有不同的孔尺寸和炭含量。炭材料與泡沫鎳骨架緊密接

4、觸，降低了活性物質(zhì)與集流體之間的接觸電阻，并且附著的炭層厚度控制在5μm以下，降低了離子傳輸阻力。表面活性劑F127的添加與否，決定了泡沫鎳基多孔炭材料的孔道類型，添加F127時得到介孔炭材料，不添加F127時得到微孔炭材料。上述炭材料電容性能的研究表明，泡沫鎳基介孔炭具有更好的電化學性能，電容值能夠達到190Fg-1。通過多次浸潤泡沫鎳能夠得到高含炭量的炭電極，該電極仍然具有良好的電容性能，同時由于負載量的提高使其能夠存儲的電荷量達到