多孔炭的一步制備及在無機(jī)鹽電解液中電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級電容器作為一種新型儲能設(shè)備，主要的缺陷是較低的能量密度。新型炭材料由于具有高比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)以及良好的導(dǎo)電性能而廣泛應(yīng)用于超級電容器電極材料。水系電解質(zhì)溶液具有良好的電導(dǎo)率、低粘度、廉價、無腐蝕和電化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可作為最有潛力的超級電容器電解質(zhì)溶液。因此，如何選用合適的前驅(qū)體制備性能優(yōu)異的炭材料及雜原子摻雜炭材料；進(jìn)一步探討水系電解質(zhì)溶液超電容性能對改善超級電容器能量密度顯得尤為重要。本論文致力于高性能多孔炭材料制備及

2、其雜原子摻雜的制備與表征；將其應(yīng)用于超級電容器電極材料，硝酸鹽水溶液作為電解質(zhì)溶液，對其電化學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)的研究；對硝酸鹽水溶液電導(dǎo)率與電化學(xué)性能之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。本論文主要包括以下幾個方面：
　?。?）有機(jī)鹽基多孔炭材料的制備與表征：
　　分別以酒石酸鹽、腐殖酸鹽和鄰苯二甲酸氫鉀為前驅(qū)體，采用一步炭化法制備了形態(tài)各異的有機(jī)鹽基多孔炭材料。考察了炭化條件（溫度、時間）對其微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。研究表明有機(jī)鹽基多孔炭

3、材料具有高比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、良好的電導(dǎo)率和電化學(xué)性能。腐植酸鉀基多孔炭材料比表面積達(dá)到890 m2 g?1，在電流密度為0.5 Ag?1時，比電容高達(dá)232 Fg?1（26.1μF cm-2）；酒石酸鉀基蜂窩狀多孔炭材料比表面積可達(dá)1290 m2 g-1，在電流密度為0.7 A g-1時，比電容達(dá)到296 F g-1（29.1μF cm-2）；鄰苯二甲酸氫鉀基微孔炭材料比表面積可達(dá)1118 m2 g?1，在電流密度為0.1 Ag

4、?1時比電容高達(dá)243 Fg?1(21.7μF cm?2)。
　?。?）有機(jī)鹽基摻氮多孔炭材料的制備與表征：
　　以生化黃腐酸鉀為前驅(qū)體，在惰性的氛圍中采用一步炭化法制備了生化黃腐酸鉀基摻氮多孔炭材料。生化黃腐酸鉀基摻氮多孔炭材料具有高比表面積（2142 m2 g?1）和孔隙結(jié)構(gòu)（1.35 cm3 g?1），并且具有較高的含氮量（4.66％）。生化黃腐酸鉀基氮摻雜多孔炭材料也表現(xiàn)出了優(yōu)異的電容性能（在0.5 Ag?1時，比電

5、容達(dá)到235 Fg?1（14.50μFcm?2））、高倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　（3）一步炭化法機(jī)理探討：
　　對一步炭化有機(jī)鹽制備多孔炭材料的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探討表明：熱分解過程中生成的金屬鉀單質(zhì)，在高溫下氣化形成的蒸汽能有效的嵌入到碳基晶格之間，導(dǎo)致碳晶格的膨脹和破壞，從而有利于孔結(jié)構(gòu)的形成。另外，炭化過程中生成的CO2氣體有助于微孔結(jié)構(gòu)的形成。
　?。?）硝酸鹽水溶液電化學(xué)性能的考察：
　　以不同濃度