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超级电容器电极材料的制备及应用

黄丛聪  
【摘要】: 本论文分别阐述了微孔-介孔多级孔炭系列、氧化钨系列和核桃壳炭系列的合成、表征及其在超级电容器方面的电化学性能考察。实验采用了氮气吸附仪、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、红外测试等表征手段对各种材料的结构特性进行了较系统的研究。并采用循环伏安法、恒流充放电和频率响应测试对各种材料的电化学性能进行了较系统的考察。论文将电极材料的物化及孔结构参数与电容器性能相关联,得出了很多具有启发意义的结果。本论文主要包括以下几方面的内容: 采用“自组装法”直接合成MC (Mesoporous Carbon),结构表征显示MC具有比表面积大、孔径分布集中等特点,继而采用“后活化法”对MC进行活化,并研究了这类材料的电化学电容性能。孔结构测试表明,经活化后的炭材料具有微孔-介孔结构,电化学测试表明,与文献中报道的硬模板法制备的介孔炭相比,HPC (Hierarchical Porous Carbon)具有更好的电化学电容性能。在100 mV/s的快速电压扫描速率下,它的比电容值能达到168.9 F/g。在1 Hz的频率下比电容值高达180 F/g。 分别采用“微波法”和“直接加热法”制备出了一系列氧化钨材料,并且首次将氧化钨用做超级电容器的电极材料。经测试表明,微波加热制得的氧化钨(W03-M)与直接加热制备的氧化钨(W03-H)相比表现出了更加优异的性能,在6500次循环之后体积比电容可达231 F/cm3。它优异的循环性能和较大的体积比电容使它成为一种很有应用前景的超级电容器电极材料。 实验使用生物质基原材料一核桃壳为炭源,经过粉碎后分别采用KOH和ZnCl2为活化剂进行活化处理,从而制备出了高比表面积富含官能团的生物质基炭材料。经测试表明:电容器的电化学性质不但与表面孔结构有关还与表面官能团有关;KOH活化法制备的炭材料比ZnCl2活化法制备的炭材料性能优异。


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