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《湖南大学》 2011年
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超级电容器用竹基活性炭的制备及其电化学性能的研究

陈名柱  
【摘要】:本论文从可再生生物质原材料—竹材出发,经过炭化和KOH化学活化处理,制备了超级电容器用电极材料—竹基高比表面积活性炭。采用热重分析、比表面积及孔径分布测试、SEM、XRD等手段分析了竹材和竹基炭的基本结构和性质。系统考察了炭化温度、碱炭比、活化温度和活化时间等工艺参数对竹基活性炭的收率、比表面积、孔结构和微观形貌的影响,确立了调控活性炭结构和性能的工艺方法和工艺条件。将所制得的竹基高比表面积活性炭用作超级电容器的电极材料,以1mol/L的LiPF6有机溶液作电解质溶液,探讨了不同的活化工艺参数对竹基高比表面积活性炭的直流充放电、循环伏安及交流阻抗等电化学性能的影响,确立了制备竹基活性炭的最优工艺条件,并以此工艺条件下获得的竹基活性炭采用超声混合纤维化辊压成片工艺制备超级电容器用电极,将制备的电极组装成模拟纽扣式超级电容器。考察了活性炭粒度、粘结剂用量、导电炭黑添加量等电极制备工艺和电解液种类对竹基活性炭电极电化学性能的影响。 研究表明,竹材作为一种生物质原材料,其主要成分是木质素、纤维素和水分等。其炭化过程主要包括水分析出、保持、热解以及缓慢失重4个阶段,并且主要的变化发生在220-400℃之间,失重率最高达69%。竹材炭化后所得竹炭仍属无定型炭,继承了原有竹材的微观结构。炭化温度是影响竹炭形貌特征和微观结构的重要因素,随着炭化温度的升高,竹炭的横切面收缩率逐渐增大,排列结构也发生了变化,竹炭中的石墨微晶的尺寸和数目均呈增大的趋势,而其比表面积呈先增大后减小的趋势。 炭化温度、碱炭比、活化温度及活化时间是影响竹炭基高比表面积活性炭结构和性能的主要工艺参数。竹基活性炭的收率随炭化温度的升高而增大,随碱炭比的增大、活化温度的升高、活化时间的延长而减小。而其比表面积和总孔容则随着炭化温度的升高、碱炭比的增大、活化温度的升高和活化时间的延长均呈先增大后减小的趋势。炭化温度对竹基活性炭的孔径分布有较大影响,适当降低炭化温度可得到孔径较大、孔径分布较宽的活性炭;适当增大KOH活化剂用量能增大活性炭的比表面积和总孔容,并会达到一定的扩孔效果;随着活化温度的升高,孔径分布整体上向着孔径增大的方向移动;合理控制并适当缩短活化时间可得到孔径较大、孔径分布较宽的活性炭。 不同炭化温度、碱炭比、活化温度和活化时间条件下获得的竹基高比表面积活性炭电极在1mol/L LiPF6有机电解液中的比电容随着炭化温度的升高、碱炭比的增大、活化温度的升高与活化时间的延长均呈先增大后减小趋势。当控制炭化温度为500℃,碱炭比为4:1,活化温度为800℃,活化时间为1h所得竹基活性炭,其比容量最高可达183.6F/g。不同制备工艺条件下制备得到的竹基活性炭电极的循环伏安曲线形状均为类矩形,具有一定的对称性,循环伏安曲线中不存在法拉第氧化-还原峰,EDLC的电容量全部由双电层电容提供。竹基活性炭电极的交流阻抗谱图是由高频区的半圆、较高频区约45°的斜线和低频区与横轴几乎垂直的直线组成。活性炭电极的阻抗特性与活性炭的孔结构密切相关,提高活性炭的中孔含量有助于提高电解质离子在活性炭中的迁移速率,从而降低活性炭的内阻。 活性炭粒度、粘结剂用量、导电炭黑添加量等超级电容器电极制备工艺参数及电解液种类是影响竹基高比表面积活性炭电极电化学性能的重要因素。随着活性炭颗粒尺寸的减小,竹基活性炭电极的比电容呈先增大后减小的趋势、漏电流呈增大的趋势。随着粘结剂PTFE用量的增加,竹基高比表面积活性炭电极电荷传递阻抗Rct逐渐增大,比电容逐渐减小,容量保持率不断降低。随着导电炭黑添加量的增加,竹基活性炭电极的比电容明显增加,漏电流逐渐减小,电荷传递阻抗Rct明显减小。当活性炭平均粒径为3.88μm,粘接剂用量为5%,导电炭黑添加量为10%时,所得竹基活性炭电极比容量高达187.9 F/g。 竹基活性炭电极在不同电解液中首次充电曲线均发生弯曲,而放电曲线呈良好的线性。竹基活性炭电极在不同电解液中的放电比容量均随放电电流密度的增加而呈下降的趋势,在30%KOH溶液及DLC306有机溶液中均保持较高的容量保持率;在30%KOH溶液、DLC307及LBC305中均表现出良好的循环稳定性,而在DLC306的循环稳定性较差;在30%KOH溶液中具有最小的电荷传递电阻和最好的综合电化学性能。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ424.1

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张晓昕,郭树才,邓贻钊;高表面积活性碳的制备[J];材料科学与工程;1996年04期
2 杨裕生;曹高萍;;电化学电容器用多孔炭的性能调节[J];电池;2006年01期
3 田艳红,付旭涛,吴伯荣;超级电容器用多孔碳材料的研究进展[J];电源技术;2002年06期
4 何月德,刘洪波,张红波;煤基活性炭用作双电层电容器电极材料[J];电源技术;2003年03期
5 王国庆;双电层电容器发展现状及前景[J];电子元件与材料;2000年01期
6 刘洪波,常俊玲,张红波;双电层电容器高比表面积活性炭的研究[J];电子元件与材料;2002年02期
7 龚金保,汪继强;锂离子电池用炭负极材料的研究[J];复旦学报(自然科学版);2004年04期
8 黄彪,高尚愚;竹炭、竹醋液生产技术与应用研究综述[J];福建林学院学报;2003年01期
9 张红波,伍恢和,刘洪波;氢氧化钾/石油焦质量配比对活性炭性能的影响[J];功能材料;1996年06期
10 王晓峰,孔祥华,刘庆国,解晶莹;新型化学储能器件——电化学电容[J];化学世界;2001年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨蓉;康二维;崔斌;谢钢;蒋百灵;;超级电容器聚苯胺电极材料的研究进展[J];工程塑料应用;2010年05期
2 张昌良;;竹醋液在农业上的应用进展[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年03期
3 纪锐琳;朱义年;张爱莉;张学洪;;竹炭包膜尿素的氮素释放规律和生物利用效果研究[J];安徽农业科学;2007年26期
4 魏琦;岳永德;汤锋;王淑英;王进;郭雪峰;;竹醋液抑菌活性及对杀菌剂的增效作用[J];安徽农业科学;2010年13期
5 迟菲;邓丛静;周建斌;;稻秆醋液成分分析及抑菌·杀菌性能研究[J];安徽农业科学;2010年16期
6 张玮;詹燕;;农林废弃物改性方法研究进展[J];现代农业科技;2012年06期
7 高慧,石苏华,周学辉;制造竹刨花活性炭的初步研究[J];安徽农业大学学报;2005年01期
8 邵光杰;孙立娟;何佩;张世品;;超级电容器电极材料MnO_2的制备及其性能研究[J];兵器材料科学与工程;2007年04期
9 吴克明,石碤,潘留明,黄羽;微型反应柱在含铬废水处理试验研究中的应用[J];环境科学与管理;2005年03期
10 邓益群;方晖;彭凤仙;;高比表面积活性炭(HSAAC)对水中镉(Ⅱ)吸附性能的研究[J];环境科学与管理;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何佩;邵光杰;张世品;;脉冲电沉积制备二氧化锰薄膜及其性能研究[A];2007(第13届)全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年
2 薛杭燕;吴燕翔;郑辉东;;交流阻抗法表征膜液流失研究[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
3 李雷;杨春;谢晓峰;;我国储能产业发展现状、机遇与挑战[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
4 郭华;;细旦竹炭聚酯长丝及其应用[A];铜牛杯第九届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2009年
5 刘朝;王洪志;;慈竹催化热解实验分析[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
6 张卓;葛瑞;何昆;边琳;;80K外置式低温纯化器设计[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第6册)[C];2009年
7 曹阳;孙家林;刘伟;郭继华;;Ag~+导电凝胶块材的制备与离子电导率研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
8 常俊玲;刘洪波;张红波;;高比表面积活性炭作双电层电容器电极材料的研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
9 徐文东;陈进富;李术元;;高能量密度双电层电容器开发及储放电性能研究 1.电解液与粘接剂对电极性能的影响[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
10 周建新;沈湘黔;;超级电容器电极材料研究进展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高健;活性半焦低温催化氧化脱除烟气中NO的研究[D];中国海洋大学;2010年
2 张建辉;竹材液化物碳纤维的制备、结构与性能表征[D];北京林业大学;2011年
3 夏洪应;微波加热典型物料制备高比表面积活性炭及演变机制[D];昆明理工大学;2009年
4 周曙光;双甘膦催化氧化制草甘膦过程研究[D];华东理工大学;2010年
5 张建友;竹子精华水的成分分析及生物学活性研究[D];浙江大学;2010年
6 张鼎;磁浮电源与悬浮控制系统的耦合作用研究[D];国防科学技术大学;2010年
7 安冬敏;稻壳生物质资源的综合利用[D];吉林大学;2011年
8 刘一婷;基于酞菁铜的太阳能电池的研究[D];大连理工大学;2011年
9 吴晋波;飞轮储能技术及其在电力系统控制中的应用研究[D];华中科技大学;2011年
10 高杨文;聚氧化乙烯/碱金属盐聚合物电解质结构与分子动力学的固体高分辨核磁共振研究[D];华东师范大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 万正龙;竹粉/PVC复合材料的制备及性能研究[D];华中农业大学;2010年
2 王东旭;糠醛渣制备活性炭及其对糠醛废水脱色性能的研究[D];大连理工大学;2010年
3 李瑞;三电极电化学传感器等效电路模型的研究[D];大连理工大学;2010年
4 赵明艺;氮掺杂中孔碳纳米壳的制备、表征及其电化学性能[D];辽宁师范大学;2010年
5 秦玲;竹醋杀菌消毒剂研究[D];安徽农业大学;2010年
6 刘兰;导电高分子修饰活性炭电极的制备与电化学性能研究[D];中国海洋大学;2010年
7 李利民;含氮活性碳材料的制备及其电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
8 杨艳静;超级电容器用纳米二氧化锰的制备及电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
9 李媛;超级电容器电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];沈阳理工大学;2010年
10 徐睿;锂离子电池劣化程度与阻抗模型相关性研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱江涛;黄正宏;康飞宇;傅金和;岳永德;;竹炭的性能和应用研究进展[J];材料导报;2006年04期
2 乔文明,查庆芳,刘朗;沥青基高比表面积活性碳的物理及化学结构[J];材料科学与工程;1995年01期
3 张晓昕,郭树才,邓贻钊;高表面积活性碳的制备[J];材料科学与工程;1996年04期
4 吴巧玲;竹炭的开发与用途[J];中国林副特产;2000年01期
5 庄新国,杨裕生,杨冬平,嵇友菊,唐致远;表面官能团对活性炭性能的影响[J];电池;2003年04期
6 时维春,韩士杰;木材表面自由基波谱[J];东北林业大学学报;1988年06期
7 姜树海,张齐生,蒋身学;竹炭材料的有效利用理论与应用研究进展[J];东北林业大学学报;2002年04期
8 李平;炭材料用作双电层电容器电极的开发[J];电器工业;2004年10期
9 刘志祥,张密林,闪星,董国君;千法级超级电容器的制备[J];电源技术;2001年05期
10 林克芝,徐艳辉,任伟,张倩,王晓琳;碳纳米管电化学储能的研究进展[J];电源技术;2002年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张治安;崔沐;赖延清;李劼;刘业翔;;中间相沥青粒径对活性炭材料及其电化学性能的影响[J];中国有色金属学报;2008年09期
2 张治安;孙晓峰;赖延清;李劼;刘业翔;;原料粒度对石油焦基活性炭性能的影响[J];功能材料;2009年05期
3 王仁清;方勤;邓梅根;;模板法制备超级电容器活性炭电极材料[J];电子元件与材料;2009年01期
4 毛定文;田艳红;;掺锂聚苯胺/活性炭超级电容器电极材料的制备及电性能[J];北京化工大学学报(自然科学版);2007年06期
5 孙晓峰;王新宇;赖延清;张治安;夏阳;;化学活化和化学-物理联合活化制备石油焦基活性炭[J];中南大学学报(自然科学版);2010年01期
6 李争晖;莫建波;吴丁财;钟辉;邹冲;徐飞;符若文;;聚苯乙烯基层次孔炭材料的超级电容器器件制作工艺研究[J];功能材料;2011年07期
7 邢宝林;谌伦建;张传祥;黄光许;朱孔远;;超级电容器用活性炭电极材料的研究进展[J];材料导报;2010年15期
8 万兰芳;黄祥平;毛峰;王昭;;γ-MnO_2/CNTs复合材料超级电容性能研究[J];三峡大学学报(自然科学版);2008年03期
9 邢宝林;谌伦建;张传祥;潘兰英;黄光许;;中低温活化条件下超级电容器用活性炭的制备与表征[J];煤炭学报;2011年07期
10 张浩;曹高萍;杨裕生;顾镇南;徐斌;张文峰;;可用至3.5V的碳纳米管阵列超级电容器[J];电化学;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王宇;雷军鹏;朱用;敬春梅;胡敏艺;闫忠强;;基片预处理及电沉积电流密度对超级电容器用二氧化锰薄膜性能影响[A];低碳经济条件下重有色金属冶金技术发展研讨会——暨重冶学委会第六届委员会成立大会论文集[C];2010年
2 魏玮;黄小彬;唐小真;;一种无定形水合二氧化锰/微多孔碳球复合物作为超级电容器电极材料[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 姜训勇;张磊;孙立伟;刘庆锁;陆翠敏;;低内阻碳纳米管超级电容器研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
4 代红蕾;田艳红;;循环伏安法合成聚苯胺膜用于超级电容器电极的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
5 王贵欣;周固民;瞿美臻;江奇;王国平;冯永成;张伯兰;于作龙;;两种碳纳米管在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
6 王贵欣;袁荣忠;周固民;瞿美臻;冯永成;于作龙;;CNTs/LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2复合材料在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
7 马衍伟;张熊;余鹏;陈尧;;新型超级电容器纳米电极材料的研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
8 周天祥;周双莉;邹武俊;莫珊珊;夏南南;袁定胜;;球形富氮炭材料的制备及其电化学性能[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
9 王贵欣;冯永成;周固民;瞿美臻;张伯兰;于作龙;;碳纳米管在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
10 姚之晓;赵东林;沈曾民;;沥青基活性碳纤维的制备及其电化学性能研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 赵文;超级电容器:正在升起的新兴行业[N];科技日报;2004年
2 本报记者 彭友 石丽晖;深圳惠程拟参与组建新能源公司[N];上海证券报;2009年
3 记者 过国忠 通讯员 陈培;我国研制出基于超级电容器的动态电压恢复器[N];科技日报;2011年
4 何永晋;我国有了“超级电容器”[N];科技日报;2000年
5 辽宁工学院 陈永真;超级电容器原理及电特性[N];中国电子报;2003年
6 昆明 兰得春;超级电容[N];电子报;2007年
7 记者 刘丽伟;森塬活性炭自主研发国内空白产品[N];朝阳日报;2010年
8 记者 金晓明;研究支持措施 推进超容产业[N];朝阳日报;2010年
9 李俊记者  王春;超级电容车到底新在哪?[N];科技日报;2006年
10 本报实习记者 薛飞;自主知识产权超级电容车“武装”公交线路[N];中国知识产权报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曲群婷;高性能混合型超级电容器的研究[D];复旦大学;2010年
2 高宇;超级电容器用新型高比表面积碳材料电化学性能研究[D];吉林大学;2012年
3 宋金岩;混合型超级电容器的建模与制备研究[D];大连理工大学;2010年
4 王新宇;超级电容器用新型电极材料的研究[D];中南大学;2011年
5 邢宝林;超级电容器用低阶煤基活性炭的制备及电化学性能研究[D];河南理工大学;2011年
6 杜嬛;天然植物基多孔炭材料的制备及其电化学性能研究[D];天津大学;2009年
7 杨常玲;超级电容器炭基电极材料制备及其电容性能研究[D];太原理工大学;2010年
8 郎俊伟;用于超级电容器的金属氧化物及其复合电极材料的制备与性能研究[D];兰州理工大学;2010年
9 翟登云;高能量密度超级电容器的电极材料研究[D];清华大学;2011年
10 吴洪鹏;石墨烯的制备及在超级电容器中的应用[D];北京交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李媛;超级电容器电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];沈阳理工大学;2010年
2 孙津清;添加不同导电剂对超级电容器性能的影响[D];天津大学;2010年
3 郑丽萍;碳化钙骨架碳的制备及其修饰在超级电容器中的应用[D];湘潭大学;2010年
4 杨艳静;超级电容器用纳米二氧化锰的制备及电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
5 刘凤丹;超级电容器电极制备工艺与纳米门炭电极材料研究[D];天津大学;2010年
6 唐丽;超级电容器用碳质多孔材料的制备及其电化学性能[D];华东理工大学;2011年
7 黄丛聪;超级电容器电极材料的制备及应用[D];山东理工大学;2010年
8 王磊;多肽纤维的制备以及石墨烯基超级电容器的制备及其电化学性能研究[D];西北大学;2011年
9 陈旋;基于镍(氢)氧化物和碳材料的电化学电极材料的性能研究[D];新疆大学;2011年
10 刘志祥;超级电容器相关技术研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
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