基于滸苔多級(jí)孔碳材料的可控合成及其儲(chǔ)能性能研究.pdf

1、隨著時(shí)代進(jìn)步，人們對(duì)新型可移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備的需求越來(lái)越高。鋰離子電池（lithium-ion batteries，LIBs）、超級(jí)電容器（supercapacitors，SCs）等高效儲(chǔ)能設(shè)備的需求引發(fā)了人們對(duì)設(shè)計(jì)高性能先進(jìn)電極材料的興趣?；钚蕴迹╝ctive carbon，AC）因具有較高的比表面積、良好的導(dǎo)電性以及化學(xué)穩(wěn)定性，成為近40年來(lái)儲(chǔ)能電極材料的研究熱點(diǎn)。但作為儲(chǔ)能材料而言，其孔隙結(jié)構(gòu)較為單一，大量的微孔（＜2nm）結(jié)構(gòu)雖然能大

2、大增加其比表面積，但是由于微孔材料的孔徑與電解質(zhì)離子不相容，便會(huì)顯著降低活性碳的可用的表面積。因此制備孔隙更為發(fā)達(dá)的高比表面積多級(jí)孔碳材料（hierarchical pore carbon，HPC）則成為改善碳電極材料性能的重要途徑。
　　生物質(zhì)材料因其獨(dú)特的三維立體結(jié)構(gòu)，且兼具可再生的、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，可作為開發(fā)HPC材料的良好碳源。本論文利用滸苔藻類為生物質(zhì)碳源，從滸苔自身特有的管狀多孔結(jié)構(gòu)出發(fā)，引入氣凝膠制備工藝，優(yōu)化活化流

3、程，制備出富含多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的高比表面積碳?xì)饽z材料（hierarchical porous carbonaceous aerogel, HPCA）。并以該多級(jí)孔碳材料為基底，制備了Co3O4@HPCA復(fù)合材料以及PANI@HPCA復(fù)合材料。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.滸苔多孔碳的可控合成及其儲(chǔ)能性能。
　　利用冷凍干燥法制備滸苔氣凝膠材料，將滸苔氣凝膠經(jīng)過高溫碳化、KOH活化制備具有微孔（micropore）、介孔（mesop

4、ore）、大孔（macropore）的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的碳?xì)饽z材料，其比表面積可達(dá)1900~2200m2 g-1。在此結(jié)構(gòu)中，大量介孔的存在，使材料的離子導(dǎo)電率得以改善，使其有效比表面積增大，明顯提高其鋰離子電池的性能與超級(jí)電容器的性能。作為鋰離子電池負(fù)極材料，在0.1A g-1的電流密度下，可以達(dá)到827.1mAh g-1的比容量。作為超級(jí)電容器電極材料，在1A g-1的電流密度下，可以達(dá)到260.6F g-1的比容量，且具備良好的循環(huán)穩(wěn)

5、定性（在10A g-1的電流密度下循環(huán)充放電10000次，容量保持率為91.7%）。其優(yōu)異的儲(chǔ)能性能得益于滸苔多孔碳發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。
　　2.滸苔多孔碳與Co3O4復(fù)合材料的合成及其儲(chǔ)能性能。
　　將滸苔多孔碳材料作為基底，以水熱方式，將Co3O4納米線與滸苔多孔碳原位復(fù)合，制備Co3O4@HPCA復(fù)合材料。滸苔多孔碳的引入不僅可以改善Co3O4納米線導(dǎo)電性差的問題，而且對(duì)提高Co3O4電極材料的功率密度以及穩(wěn)定性都有所幫助

6、，使得材料的贗電容性能得以充分展現(xiàn)。Co3O4@HPCA復(fù)合材料在1A g-1的電流密度下，可以達(dá)到1167.6F g-1的比容量，在50A g-1的大電流密度下，仍可保持500.0F g-1的比容量。另外，在10A g-1的電流密度下經(jīng)過萬(wàn)次充放電，容量保持率為92.4%。復(fù)合材料的性能遠(yuǎn)高于Co3O4納米線本身。
　　3.滸苔多孔碳與PANI復(fù)合材料的合成及其儲(chǔ)能性能。
　　將聚苯胺（polyaniline，PANI）原