利用模板法合成超電容炭材料研究.pdf

1、超級電容器是近年來迅速發(fā)展的一種能量存儲裝置，是介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間具有快速充放電的新型功率型能量儲存器件，應(yīng)用前景廣闊。研究表明，超級電容器中的電極材料對其性能起著決定性的作用[1]。其中，炭材料具有導(dǎo)電性性好、比表面積大、孔結(jié)構(gòu)可控、密度低、來源廣泛、價格低廉等優(yōu)良特點[2]。所以炭材料作為超級電容器的電極材料受到人們的高度關(guān)注。本論文采用模板炭化法制備超級電容器多孔炭材料，通過改變碳源類型、模板類別、炭化溫度、炭化時間、質(zhì)

2、量比、摻氮等手段，以達(dá)到炭材料具有比表面積大、孔容高、孔徑分布可調(diào)控、能量密度和功率密度高等目的，制備出了結(jié)構(gòu)可控、電容性能優(yōu)異的炭材料。論文的主要內(nèi)容如下:
　　1.利用羧甲基纖維素鈉(C8H16NaO8; NaCMC)為原料制備多孔炭材料及其電化學(xué)性能的研究。這是一種合理制備具有高電化學(xué)性能的納米多孔炭材料的模板炭化法，其中NaCMC作為碳源，價格低廉的Mg(OAc)2·4H2O和Zn(OAc)2·2H2O作為模板。這種方法揭

3、示了碳源與模板之間的質(zhì)量比以及炭化溫度是決定炭結(jié)構(gòu)的重要因素。樣品NaCMC-Mg-Zn-1∶5∶0.5表現(xiàn)出了極好的多孔性:高的比表面積(1569 m2 g-1)、大的總孔容(5.93 cm3 g-1)、合理的孔徑分布。此外，制備出的炭樣品分別在二電極體系和三電極體系中測試了電化學(xué)性能。結(jié)果顯示，炭樣品在電流密度為1 Ag-1時質(zhì)量比電容高達(dá)428.4 Fg-1，并且具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。當(dāng)功率密度為1.5 kW kg-1時，能量密度

4、高達(dá)68.6 Wh kg-1。在本實驗中用到的模板很廉價，商業(yè)上可用，尤其是碳化過程并沒有使用任何物理或者化學(xué)活化，可以很簡單的推廣到其它制備納米多孔炭的類型上。
　　2.利用檸檬酸鋅(Zn3(C6H5O7)2·2H2O)制備多孔炭材料及其電化學(xué)性能的研究。本實驗展示了單一的模板炭化法制備納米多孔炭材料，在這里Zn3(C6H5O7)2·2H2O既可以作為碳源也可以作為模板。為了進(jìn)一步提高炭樣品的電化學(xué)性能，我們在實驗過程中采用了氯

5、化鋅(ZnCl2)作為活化劑。實驗結(jié)果顯示比表面積從740.5 m2 g-1增大到1244.2m2g-1,總孔容從1.96 cm3 g-1增加到2.21 cm3g-1，在2 Ag-1的電流密度下，質(zhì)量比電容從194.8 Fg-1增加到335.6 Fg-1，電容保留性從83.7％增到到96.5％，這表明添加ZnCl2作為活化劑會大大地改變炭樣品的結(jié)構(gòu)，并且能提高炭樣品的電化學(xué)性能。這種采用ZnCl2為活化劑的模板炭化法是一種有效制備納米多

6、孔炭的方法。
　　3.利用雙硫腙(C6H5NHNHCSN=NC6H5)和二苯基偶氮碳酰肼(C13H12N4O)制備納米多孔炭材料及其電化學(xué)性能的研究。(1)分別在800℃的氬氣氛圍下炭化 C6H5NHNHCSN=NC6H5和金屬鎂(Mg)的混合物、C6H5NHNHCSN=NC6H5和金屬鋅(Zn)的混合物，以此制備納米多孔炭材料。通過恒流充放電、循環(huán)伏安等電化學(xué)測試方法測試納米多孔炭材料的電化學(xué)性能，并比較兩種不同的模板對制備納米

7、多孔炭材料的影響;結(jié)果表明C6H5NHNHCSN=NC6H5和Mg在質(zhì)量比為1∶1時電化學(xué)性能最好:在1 Ag-1的電流密度下，質(zhì)量比電容高達(dá)229.3 Fg-1;在40Ag-1的高電流密度下仍有74.8 Fg-1。(2)分別以C6H5NHNHCSN=NC6H5和C13H12N4O為碳源，硝酸鎂(Mg(NO3)2·6H2O)為模板，制備納米多孔炭材料;通過恒流充放電、循環(huán)伏安等電化學(xué)測試方法測試出納米多孔炭材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明C6