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《燕山大学》 2017年
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含羞草基活性炭的制备及其储能行为研究

尹航  
【摘要】:由于超级电容器兼具高功率密度、快速充放电效率和良好循环稳定性,满足了市场对储能器件的广泛需求,存在巨大的发展潜力。电极材料性能的优劣直接影响了超级电容器整体的性能,目前研究致力于开发低成本、高能量密度的电极材料。含羞草作为带电植物的杰出代表,其应对外界刺激产生的瞬时动力学响应机制得益于体内细胞液的定向流动,归根结底得益于其叶子具有丰富的微观多孔结构,除此之外还具有生物质碳材料本身良好的物理化学性质。基于此,本文创新性提出以带电植物含羞草为前驱体,经冷冻干燥技术预处理,通过碳化活化技术路线制备具有高比表面积、丰富孔结构的活性炭。为改善生物质碳材料较低的电容性能,通过溶剂热工艺将具有高比表面积和优良导电性的活性炭与具有高比电容的镍钴硫化物制备复合电极材料。通过多种电化学测试技术对制备的样品的电化学性能进行表征。研究发现,与茎作前驱体相比,以含羞草叶子单独作为前驱体制备的活性炭具有更优异的电化学性能。活化比例和活化温度对最终活性炭的形貌结构和电化学性能优劣至关重要。测试表征结果显示:活化比例为2,活化温度为750℃工艺条件下制备的活性炭比表面积高达1815 m~2 g~(-1),孔容高达1.05 cm3 g~(-1),具有丰富的孔结构,包括微/介/大孔多级孔道炭结构。其在1 M H2SO4和6 M KOH媒介中均展现了优异的电化学性能。当电流为0.2 A g~(-1)时,质量比电容分别为289 F g~(-1)和257 F g~(-1),同时表现出优异的倍率性能以及循环稳定性,5000圈长循环后容量保持率分别是100%、98%。采用溶剂热法成功制备出镍钴双金属硫化物NiCo_2S_4以及复合电极材料AC_X/NiCo_2S_4,并探究了活性炭加入量对复合电极材料电化学性能的影响。纳米片状的NiCo_2S_4储能机制为典型的赝电容储能,具有较高比电容和良好倍率性能,电流密度为1 A g~(-1)时,比容量高达1238 F g~(-1),当电流增大到20 A g~(-1)时,比电容仍然保持在799 F g~(-1)。随着活性炭加入量递增,制备的复合电极材料电容性能呈现先增加后降低的趋势,当加入10 mg活性炭时,复合电极材料电容性能最好,电流为1 A g~(-1),比电容高达1412 F g~(-1),较含羞草基活性炭和纳米片状NiCo_2S_4有明显改善。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ127.11;TM53

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