石墨烯-石油基多孔炭復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、作為一種新型儲能裝置,雙電層電容器因功率密度高及循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn),在許多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景,吸引了越來越多的關(guān)注。電容器的電化學(xué)性能主要取決于其電極材料。多孔炭作為一種多孔性含碳物質(zhì),具有發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)、較高的比表面積、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、簡單成熟的制備工藝以及較低的生產(chǎn)成本,被廣泛用作雙電層電容器電極材料。多孔炭的原料種類以及制備方法在很大程度上決定著多孔炭的電化學(xué)性能。
　　 本文以石油焦為原料,氫氧化鉀為活化劑,采用化學(xué)活化

2、法制備石油焦基多孔炭。在多孔炭的制備過程中,通過加入石墨烯制備石墨烯/石油焦基多孔炭復(fù)合材料,研究該復(fù)合材料作為雙電層電容器電極材料時的電化學(xué)性能。使用不同方法對多孔炭進(jìn)行調(diào)控,考察調(diào)控方式對多孔炭結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。從原料性質(zhì)及工藝條件等方面篩選確定最佳的石油焦基多孔炭的制備條件。采用氮?dú)馕?、紅外光譜以及X-射線衍射等技術(shù)手段對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征,利用恒流充放電、循環(huán)伏安及交流阻抗測試材料的電化學(xué)性能。
　

3、　 研究結(jié)果表明,石油焦基多孔炭的最佳制備工藝參數(shù)為:氫氧化鉀與石油焦質(zhì)量比為3:1,炭化溫度500℃,活化溫度850℃,活化時間1.5 h。所制多孔炭收率為57.2％,苯吸附值達(dá)到1206 mg/g,比表面積2738 m2/g,孔容1.506 cm3/g。在該多孔炭的后處理方式中,單純熱處理對多孔炭結(jié)構(gòu)影響較小。多孔炭經(jīng)金屬鹽浸漬且經(jīng)CO2活化后,其中孔率顯著提高,由43.18％提高至70.67％。盡管處理后由于比表面積的下降導(dǎo)致多

4、孔炭電極的比電容值有所降低,但孔徑及中孔率的增大可以顯著提高電極的充放電速度。石墨烯加入對石油焦基多孔炭的結(jié)構(gòu)有一定影響,而復(fù)合材料電極的比電容值高于多孔炭,并且隨石墨烯加入量的增大而增大。當(dāng)加入2％(基準(zhǔn)為石油焦質(zhì)量)的石墨烯時,復(fù)合材料的比表面積由2738 m2/g降低到2228 m2/g,比電容值由223 F/g增大到232 F/g。石墨烯的添加還有利于電荷在電極材料與電解液間的傳輸及提高大電流密度下的電容性能。石油焦經(jīng)KOH化學(xué)