炭基電化學電容器電極材料的制備與電容性能研究.pdf

1、本論文以研制廉價、高比能量和高比功率的電化學電容器炭電極材料為目的，開展了以酚醛樹脂、石油焦和三聚氰胺樹脂為碳前驅體制備高性能炭電極材料的研究工作，對炭電極材料的制備工藝、結構、電容性能和儲能機理進行了深入研究。 本論文首次提出以熱固性酚醛樹脂為原料，采用CO2物理活化法制備低成本炭電極材料，系統(tǒng)考察了活化溫度和活化時間對酚醛樹脂基活性炭結構及電容性能的影響。最優(yōu)實驗條件下制備的酚醛樹脂基微孔炭具有超過2200m2/g的比表面積

2、、孔徑集中分布在1～2nm，其在30wt％KOH水溶液中具有高達211.6F/g的放電比電容、良好的功率性能和循環(huán)性能。 采用KOH化學活化制備了不同比表面積和孔徑分布的酚醛樹脂基多孔炭，考察了其在30wt％KOH溶液和1M Et4NBF4/PC電解液中的電容性能。研究結果表明：酚醛樹脂基多孔炭在水系電解液中不存在“離子篩分”現(xiàn)象，大于0.4nm的孔隙均能形成有效的雙電層；而其在有機電解液中出現(xiàn)明顯的“離子篩分”現(xiàn)象，小于0.7

3、nm的極微孔中不能形成有效雙電層;1～2nm的微孔是形成雙電層的最佳孔徑范圍，適量的中孔有利于提高電容器的功率性能。 采用KOH活化石油焦制備納米微晶炭，研究了原料的預炭化和活化溫度對其結構和電容性能的影響，并討論了其實用化的可能性和新型儲能機理。實驗發(fā)現(xiàn)：適當?shù)奶炕幚砼c活化工藝的結合能夠實現(xiàn)對納米微晶炭孔結構和微晶結構的調(diào)控；獲得的納米微晶炭保持低比表面積、大層間距和高電極密度，并具有優(yōu)于商品活性炭YP15的電容性能。恒電流

4、充放電和半原位XRD分析表明，“電化學活化”的實質是電解質離子嵌入有序或無序炭微晶層間的過程。首次采用高分辨投射顯微鏡(HRTEM)觀察到納米石墨微晶炭內(nèi)部有序炭微晶層間距的增大和表面類SEI膜的形成，結合掃描電鏡觀察和EDS能譜分析提出納米微晶炭的插層儲能機理。 首次直接炭化商業(yè)產(chǎn)三聚氰胺樹脂制備富氮炭材料，用作電化學電容器電極材料。研究發(fā)現(xiàn)：小比表面積(102.6m2/g)的富氮炭，具有高達205.5F/g的質量比電容、較好