多級(jí)孔碳材料的制備及其電容性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種對(duì)環(huán)境友好、無(wú)污染的儲(chǔ)能器件，應(yīng)用在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車、燃料電池、鐵路、通訊、國(guó)防等領(lǐng)域?，F(xiàn)有的超級(jí)電容器電極材料在某些方面存在著很多的缺陷，隨著科學(xué)的進(jìn)步和新型材料的出現(xiàn)，給了更多的選擇。研究出合成方法簡(jiǎn)單、電壓窗口高、能量密度高、循環(huán)穩(wěn)定性好的電極材料成為當(dāng)今世界的熱門課題之一。材料的形貌和N元素的摻雜對(duì)電容的性能也有著根本性的影響。本文基于雙電層電容的儲(chǔ)能機(jī)理及碳電極材料的研究進(jìn)展，對(duì)多孔碳材料合成及超級(jí)電容

2、器性能提高進(jìn)行了探索。詳細(xì)的研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先，對(duì)一種N摻雜分級(jí)多孔碳材料(HPDC)的合成及其電容性能進(jìn)行探究:它是通過(guò)ZnO為模板，由非常規(guī)碳源聚偏二氯乙烯脫鹵得到，其中ZnO既為脫鹵劑又為模板劑，在高溫煅燒后通過(guò)耦合反應(yīng)，得到大比表面積(1540.2m2·g-1)、孔結(jié)構(gòu)豐富、導(dǎo)電性好的N摻雜分級(jí)多孔碳材料。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高溫下H2O的蒸發(fā)可以產(chǎn)生大孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)ZnO活化作用得到大量的介孔和微孔，N元素的摻雜也有利于電容性能

3、提升。詳細(xì)探討了焙燒溫度、ZnO量、三聚氰胺（N源）量以及氧化物種類等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)材料形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下合成的多孔碳材料HPDC在初始電流密度0.5A·g-1時(shí)的容量值能達(dá)到315F·g-1，是一種具備應(yīng)用潛力的電極材料。
　　最近，水系電容器在貯存能量方面變得越來(lái)越流行，它有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如花費(fèi)低、無(wú)污染、穩(wěn)定且安全。然而，因?yàn)镠2O在電壓為1.23V時(shí)發(fā)生電解，所以低電壓窗口一直是限制水系電容器能量密

4、度的主要原岡。將聚偏二氯乙烯脫鹵得到N摻雜分級(jí)多孔碳材料應(yīng)用到水系電容器中，探討了多種堿性和中性電解液對(duì)電容器性能的影響。所組裝的電容器在電解液為1.0MLi2SO4中能夠?qū)㈦妷捍翱诜€(wěn)定提高到1.8V，有效抑制了H2O的電解，其能量密度能夠到達(dá)21.4Wh·Kg-1，且具有較好的穩(wěn)定性。
　　不僅提供了一種具備優(yōu)異電容性能的電極材料的合成路線，還通過(guò)電解液的選擇，有效抑制水分解，得到了一種具有很高的電壓窗口、高能量密度和安全性的水