超級電容器碳氣凝膠電極材料制備與性能研究.pdf

1、超級電容器又叫做雙電層電容器或贗電容器，相對于電池和傳統(tǒng)的電容器具有更高的電容量、充放電速度和循環(huán)壽命等特點，是當(dāng)前新能源材料與器件的研究熱點。電容器的儲能方式是依靠靜態(tài)的方式而不是化學(xué)反應(yīng)，在正負極上提供一個逐漸變化的電壓就可以為其充電。電極材料制備是開發(fā)超級電容器的關(guān)鍵技術(shù)之一，其中碳材料是研究最早技術(shù)最成熟的一種，主要有碳氣凝膠、活性碳粉、活性碳纖維、碳納米管等，碳氣凝膠作為一種新型輕質(zhì)納米多孔碳材料，具有比表面積高、導(dǎo)電率高和穩(wěn)

2、定的物理化學(xué)性能等優(yōu)點，是制備超級電容器的理想電極材料。本文以碳氣凝膠研究為基礎(chǔ)，通過二氧化碳活化制備了高比表面積碳氣凝膠，通過摻雜三聚氰胺引入氮元素制備了改性碳氣凝膠，通過摻雜嵌段共聚物P123常壓干燥制備氣凝膠，簡化氣凝膠的制備工藝，在6mol·L-1KOH電解液中測試它們的電化學(xué)性能。論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 1.為了進一步提高碳氣凝膠的比表面積，本文采用CO2活化技術(shù)調(diào)控碳氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)，制備出超高比表面積的活性碳

3、氣凝膠，活化溫度和活化時間對樣品的比表面積有重要影響。N2吸附測試結(jié)果顯示，未活化碳氣凝膠的比表面積為739m2·g-1，活化之后比表面積得到大幅提高，在950℃活化10h時樣品的比表面積達到最大的4068m2·g-1，但材料的比電容量并不是完全隨著比表面積的提高而提高，還與材料的介孔含量、導(dǎo)電性等因素有關(guān)，其中950℃活化6小時的樣品比表面積為3165m2·g-1，比電容達到最大的327F·g-1。
　　 2.碳材料比電容的提

4、高不僅可通過提高比表面積和調(diào)控孔徑實現(xiàn)，而且可通過引入其它原子或表面官能團來實現(xiàn)。本文以三聚氰胺(M)、間苯二酚(R)和甲醛(F)為原料，經(jīng)溶膠-凝膠法、超臨界干燥和高溫碳化制備了系列的氮摻雜碳氣凝膠(NCAs)，以改善其的物理化學(xué)性能。在6mol·L-1KOH電解液中測試其電化學(xué)性能，結(jié)果表明引入氮元素能夠極大的改善碳氣凝膠的電化學(xué)性能，其中摻氮量最少的NCAs-1比電容達到最高的176F·g-1。
　　 3.制備碳氣凝膠前驅(qū)

5、體通常采用超臨界干燥，其工藝復(fù)雜，成本較高，且具有一定的危險性，本文通過摻入嵌段共聚物P123，采用常壓、60℃烘干的方法制備了結(jié)構(gòu)完好、收縮較小的PRF有機氣凝膠，經(jīng)高溫碳化得到碳氣凝膠，再利用CO2活化技術(shù)調(diào)節(jié)其孔結(jié)構(gòu)。分析表明，P123與RF之間存在強的相互作用使兩者復(fù)合在一起，增加了氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)，碳化之后P123分解消失，在碳氣凝膠結(jié)構(gòu)中起到良好的造孔作用。N2吸附測試表明，PCAs的比表面積為570m2·g-1，活化之后結(jié)構(gòu)