大峰礦無(wú)煙煤制備超級(jí)電容器電極材料的研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種極具潛力的新型高效實(shí)用型儲(chǔ)能器件，具有功率密度高、充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。以煤為原料制備超級(jí)電容器用活性炭電極材料，不僅原料來(lái)源廣泛、價(jià)格相對(duì)低廉，而且由于煤基活性炭材料本身制備工藝成熟，這將有助于碳基超級(jí)電容器的盡快商業(yè)化。
　　本課題研究大峰礦無(wú)煙煤制備超級(jí)電容器電極材料。首先用鹽酸和氫氟酸的混合酸脫除無(wú)煙煤的灰分；其次以脫灰煤為原料、KOH為活化劑，在管式爐中氮?dú)夥諊禄?/p>

2、化制備活性炭；然后按照“活性炭/石墨粉/pvdf粘結(jié)劑=85:10:5”的比例混合涂片制得活性炭電極片。最后，通過(guò)電化學(xué)工作站測(cè)試電極材料的電化學(xué)性能，通過(guò)響應(yīng)面的分析方法求得制備活性炭電極材料的最佳制備條件。
　　經(jīng)過(guò)鹽酸（45％，V/V），氫氟酸（15%，V/V）的混合溶液浸泡后煤樣灰分從5.19%降低到1.34%。在活化實(shí)驗(yàn)中分別探討堿碳比、活化溫度、活化時(shí)間、升溫速率四個(gè)因素對(duì)活性炭收率及比電容的影響?；钚蕴侩姌O材料的比電

3、容隨著四個(gè)因素的增大，比電容均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，分別在堿碳比為4:1、活化溫度為750℃、活化時(shí)間為1.5h、升溫速率為10℃/min時(shí)達(dá)到最大。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以比電容和收率為指標(biāo)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立回歸方程模型，進(jìn)行響應(yīng)面分析、優(yōu)化，得到最佳制備條件為堿碳比4.09:1、活化時(shí)間1.49h、活化溫度756.78℃、升溫速率9.61℃/min。最佳條件下制備的活性炭電極材

4、料在6mol/L的KOH電解液中比電容為344.976 F/g，相對(duì)誤差為0.546%；活性炭收率為55.06%，相對(duì)誤差為4.08%。
　　采用低溫氮吸附和X射線衍射分析最佳條件下制備的活性炭，結(jié)果表明制備的活性炭呈無(wú)定型結(jié)構(gòu)，比表面積高達(dá)2144 m2/g，主要以微孔為主，還有一定比例的中孔，中孔率達(dá)到38.6%，孔徑分布合理。通過(guò)恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗和循環(huán)性能測(cè)試電極材料電化學(xué)性能，結(jié)果表明電極材料電容性能良好、可