互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)炭化法制備孔結(jié)構(gòu)可控碳材料及電容性能研究.pdf

1、本文綜述了超級電容器最新研究進展，重點對超級電容器碳材料的制備和結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進行了綜述。對于雙電層電容器來說，系統(tǒng)研究碳材料的孔隙率和孔徑分布與超級電容性能關(guān)系，是一個非常重要的基礎(chǔ)科學問題。遺憾的是對于這一問題基本都止步于定性的說明或解釋，沒有有力的實驗驗證。這一方面是因為體系的復(fù)雜性，另一方面是由于碳材料結(jié)構(gòu)的不可控性。據(jù)此，本課題提出了互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)碳化法制備孔徑結(jié)構(gòu)精確可控的碳電極材料的新方法。本研究課題的實施遵循聚合物

2、聚合可控-碳材料結(jié)構(gòu)可控-高性能超級電容器碳電極材料為主線的研究路線，即通過控制互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)中兩聚合物的相對含量來調(diào)控互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，進而調(diào)控碳材料的孔徑結(jié)構(gòu)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴擁有可控孔徑和有效比表面積的分級多孔碳的合成是由一個簡單的碳化程序提出的，并可作為電極材料應(yīng)用于高性能電化學電容器中。這個程序是基于交聯(lián)的 PS和PMMA的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)的碳化。不同質(zhì)量比下的 PS/PMMA碳化得到的分級多孔碳（HN

3、C-IPNs）具有可控的孔徑，相連的孔結(jié)構(gòu)，高的比表面積，優(yōu)異的電導率和電化學穩(wěn)定性。除此之外，在有效比表面積（E-SSA）和比電容之間確實存在一個良好的線性關(guān)系。其中尤其值得一提的是，樣品NHC-IPN-4具有最高的比表面積為1346m2g-1，相對較高的有效比表面積為603 F g-1，并且在6 M KOH中0.5 A g-1電流密度下?lián)碛袃?yōu)異的比容量為260Fg-1。與此同時， HNC-IPN-4存在一個優(yōu)異的循環(huán)性能，在2 A

4、g-1電流密度下循環(huán)10000次后的容量幾乎無變化且循環(huán)20000次后容量仍可保持為96%。⑵通過一個碳化N-PF/PMMA的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)的化學過程來制備多尺度孔結(jié)構(gòu)的 N摻雜微納米碳球，其中三聚氰胺（melamine）為氮源，酚醛樹脂（PF）為碳源，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）為造孔劑。通過調(diào)控聚合前三聚氰胺和苯酚的質(zhì)量比是來控制 N摻雜微納米碳球的 N含量。這個 N摻雜微納米碳球作為電極材料具有合理的孔徑分布、較高的比表面積（55

5、9m2g-1）和可調(diào)控的分布均勻的 N原子的 N含量。這些獨特的特征賦予了這個有前途的電極材料優(yōu)異的電化學性能。尤其是在三電極體系中的N-CS-IPN-4在6MKOH中、電流密度為0.5Ag-1時具有最高的比容量為364 Fg-1，而且它具有優(yōu)異的倍率性能（電流密度從0.5Ag-1到50Ag-1時容量仍可保持57.7%）和優(yōu)秀的循環(huán)性能（2Ag-1下10000循環(huán)后仍可保持100%）。以上所有結(jié)果表明這個N摻雜微納米碳球是一個有前途的電