以苯氧基聚磷腈為前驅(qū)體制備多孔多元素摻雜碳材料及其在超級電容器中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著手提式打字機、智能電子設(shè)備及電動車輛等的普及流行，人們對于高功率密度可信賴、穩(wěn)定、可持續(xù)的儲能裝置的需求也越來越高。近年來，超級電容器作為一類性能優(yōu)異的儲能裝置，因其超高的功率容量、較長的循環(huán)壽命以及清潔無污染等特點，引起了人們的廣泛關(guān)注。一般來說，根據(jù)儲能機制的不同，可以將超級電容器分為兩類:一類是雙電層電容器(EDLC)，電容來自電極與電解質(zhì)接觸界面的靜電荷積累，所以其電容值與電極材料的比表面積密切相關(guān)。另一類是贗電容器，由于活

2、性粒子的存在會發(fā)生快速可逆的法拉第氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生極高比電容值。研究可知，豐富的微孔可以增強雙電層電容，但電解質(zhì)離子難以滲透到微孔中，提高多孔碳高電流密度下的離子轉(zhuǎn)移速率成為解決問題的關(guān)鍵。因此創(chuàng)建碳材料中的分級孔結(jié)構(gòu)，提高碳材料中的離子遷移速率成為研究的重點。而雜元素摻雜是提高贗電容的有效方法之一?；诖?，本論文首先使用了實驗室合成的富含氮、磷、氧雜原子的苯氧基聚磷腈為碳前驅(qū)體，采用摻雜碳酸氫鈉的方法制備了具有高比表面積的分級結(jié)構(gòu)多孔

3、碳。同時運用XRD、Raman、SEM、XPS、N2吸附-脫附等表征手段對材料形貌結(jié)構(gòu)及元素構(gòu)成進行了分析，并借助電化學(xué)工作站進行了循環(huán)伏安(CV)、恒流充放電(GC)、阻抗等電化學(xué)性能測試，對其電容性能進行了系統(tǒng)評估。具體的研究內(nèi)容如下:
　　(1)以苯氧基聚磷腈(PBPP)為碳源和雜元素源(N、P、O)，NaHCO3為自膨脹劑，KOH為活化劑，通過溶劑揮發(fā)法與高溫?zé)峤夥ㄏ嘟Y(jié)合制備了氮磷氧共摻雜分級結(jié)構(gòu)多孔碳材料，改變自膨脹劑的

4、質(zhì)量摻雜比例10∶1～10∶10(PBPP∶NaHCO3)，采用SEM、TEM、XPS、XRD、Raman、N2吸脫附等分析測試方法對材料的形貌及結(jié)構(gòu)進行了表征，并通過電化學(xué)測試對碳材料性能進行表征，考察了不同自膨脹劑摻雜量對所制備分級結(jié)構(gòu)多孔碳材料形貌結(jié)構(gòu)及性能的影響。
　　(2)隨著NaHCO3摻雜量的增加，PZCs碳材料的比電容性能的可重復(fù)性變差。因此，選擇性能較好且較為穩(wěn)定，NaHCO3摻雜質(zhì)量比為10∶5(PBPP∶Na