酚醛树脂基活性炭的制备、表征及电容特性研究

【摘要】：超级电容器是一种兼具二次电池和传统储能介质的能量转换装置,由于其具有宽的能量储存范围、长的循环使用寿命和-40℃的低温使用性能等优点,一直受到各界学者和商业界的广泛关注,并且研究工作已经取得了很大的进展。超级电容器的关键部件是电极,活性炭因为具有高的比表面积、孔容积等优异性能,而成为电极材料的首选,本文以价廉易得的氨酚醛树脂为原料基体,以制备出具有高质量比电容和收率的活性炭为主要目的,进行了一系列的工作,实验内容和研究结果如下： (1)以氨酚醛树脂(PF)为炭基体,采用聚合物共混炭化法制备多孔炭材料。实验考查了溶剂种类、造孔剂种类、炭化温度和PEG含量对多孔炭的收率及碘吸值大小的影响。结果表明当造孔剂为PEG、溶剂为丙酮、炭化温度为600℃.PEG含量为1/6时,制备的多孔炭具有较高的收率和较大的碘值,分别为49.28%和417mg/g。同时,实验考查了炭化温度和PEG含量对多孔炭恒流充放电和比电容性能的影响,最后得出,在炭化温度为600℃.PEG含量为1/3的条件下,得到炭电极的比电容为38.5F/g。 (2)在聚合物共混炭化的基础上继续通入水蒸气活化,考查了活化温度、水蒸气流速和活化时间对活性炭结构和性能的影响。结果表明,三种因素对活性炭的结构和性能均能产生影响,在实验考查的范围内,最后优化出的条件为：活化温度为900℃,水蒸气流速为36ml/min和活化时间为2h。此时活性炭的收率为23.38%,比电容为116.7F/g。当恒流充放电的电流密度由50mA/g增加到500mA/g时,活性炭电极的比电容保持率为92.5%,表明此制备条件的活性炭具有较好的大电流充放电性能和功率特性。实验同时测试了此样品在循环2100次后的充放电曲线,计算出在2100次循环后活性炭电极仍有99.2%的比电容。说明,实验制备的活性炭样品具有较好的循环稳定性。