碳基超級電容器電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、碳基材料具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性，較高的比表面積和良好的導(dǎo)電性等優(yōu)點，這使得利用碳基材料制備電化學(xué)性能優(yōu)良的超級電容器得到眾多學(xué)者的關(guān)注。作為超級電容器電極材料使用的碳材料不僅要具有高的比表面積，還需要具有適宜的孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的導(dǎo)電性。模板法由于可以比較精確地控制碳材料的孔結(jié)構(gòu)和比表面積一直廣受重視，但是常用的模板如二氧化硅、分子篩等不僅成本高、制備復(fù)雜，而且在去除模板的處理工藝中會引進(jìn)強酸或強堿等，處理工藝復(fù)雜。為此本文嘗試以低成本、易去

2、除的水溶性NaCl為模板，以葡萄糖為碳源制備多孔碳電極材料，并詳細(xì)考察了制備工藝對材料的微觀結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)的影響。在此基礎(chǔ)上還探索通過一步還原法制備 Cu/還原石墨烯（RGO）復(fù)合材料，旨在探索其微觀結(jié)構(gòu)與電化學(xué)之間的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律。
　　首先，以葡萄糖為碳前驅(qū)體，NaCl為模板，高溫碳化合成多孔碳材料，詳細(xì)研究了不同碳化溫度、模板含量、添加石墨烯以及活化劑的用量對材料的微觀結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。并通過XRD、SEM、TEM、BE

3、T以及電化學(xué)測試等一系列表征方法對材料進(jìn)行了詳細(xì)地分析和表征，進(jìn)一步揭示材料微觀結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)性能之間的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律。研究結(jié)果表明以水溶性NaCl顆粒為模板，葡萄糖為碳源，高溫碳化可以合成多孔碳材料，包裹在氯化鈉晶粒表面的葡萄糖在碳化過程中縮聚、碳化形成具有較好石墨度的片層碳，因此具有很好的導(dǎo)電性，模板NaCl去除以后形成大孔泡沫狀結(jié)構(gòu)可以為電解液的存儲提供空間。模板含量顯著影響著多孔碳材料的微觀結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能。當(dāng)NaCl含量低時，

4、孔含量低而且孔壁厚，隨著 NaCl含量增加，葡萄糖原始的包裹層由厚變薄，孔含量增加，而且孔壁變薄，當(dāng)繼續(xù)增加NaCl模板時，碳化后的碳層不足以形成完整的包覆結(jié)構(gòu)，就會斷開，形成不連續(xù)的片狀結(jié)構(gòu)，無法形成連續(xù)的孔結(jié)構(gòu)。因此隨著模板含量的增加，多孔碳材料的比電容先增加后降低。在模板法制備多孔碳材料的同時加入活化劑進(jìn)行同步活化，可以改善多孔碳材料的孔隙結(jié)構(gòu)，大大提高材料的有效比表面積，進(jìn)而提高了材料的比容量。
　　通過一步還原法制備了C

5、u/RGO復(fù)合材料，分別考察了還原劑、還原時間、Cu添加量等對Cu/RGO復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響，研究結(jié)果表明采用硼氫化鈉一步還原法制備Cu/RGO復(fù)合材料，得到的石墨烯褶皺較多，松散地聚集在一起，提高了石墨烯的有效表面利用率，而Cu納米顆粒負(fù)載在RGO表面，一方面起到了導(dǎo)電橋梁作用，增強了電子傳輸速率，另一方面起到RGO片層間的支撐作用，可以有效地増加活性物質(zhì)與電解液的接觸面積，促進(jìn)離子的傳輸和電子的轉(zhuǎn)移，增加了材料的比