电极材料孔结构与离子特性的相关性研究

【摘要】：本文以石油焦为原料,采用KOH活化法,制备出一系列孔结构不同的活性炭材料,以此作为超级电容器的电极材料。采用离子尺寸差异较大的有机电解质及离子液体溶于不同的溶剂中,作为超级电容器电解液。采用两电极及三电极的方法,通过恒流充放电,循环伏安,交流阻抗等电化学手段考察了电极材料孔结构及电解液离子尺寸之间的匹配关系。结果表明,离子的差异对电容性能的有着显著的影响,对于孔径尺寸较小的SAC-R1材料,在四丁基铵四氟硼酸盐电解液中正负极的比电容分别为113和7 F·g-1,表现出不对称的电容行为。在负极,四丁基铵阳离子的尺寸与电极材料的孔径较为接近,在电容器充电过程中材料表面达到电荷饱和状态,导致负极的比电容极为微小。材料表面最大电荷存储量的理论计算与实验结果有着很好的一致性,表明用于阳离子电荷存储的电极孔隙空间不够发达,进而使得负极的电容行为较差。然而,四氟硼酸根阴离子可以进入到正极电极材料大多数孔道中,电极未发生电荷饱和效应,表现出优异的电容行为。随着离子液体烷基链的增长,正负极的电容差异逐渐明显,显示出孔结构与离子尺寸匹配的重要性。不同溶剂中的电化学行为研究表明,离子进入电极材料孔结构中发生部分的溶剂化效应。