檸檬酸鉛制備多級孔結構碳復合材料及其超級電容性能研究.pdf

1、環(huán)境和能源問題是我國今后長期面臨的重要課題，高性能可再生綠色能源的高效存儲和大規(guī)模應用，是改變我國以消耗化石能源為主的經濟發(fā)展模式，解決污染排放超過環(huán)境容量所造成的霧霾等嚴重環(huán)境問題的關鍵，從而從源頭上解決日益嚴重的環(huán)境問題。超級電容器是一種新型儲能裝置，因具有高能量密度、高功率密度等特點在混合動力汽車、大型工業(yè)裝置、能量存儲、新能源等領域有著廣泛應用。為探究新型超級電容器電極材料，本論文以濕法鉛回收過程中制備的檸檬酸鉛為碳源，通過焙燒

2、活化的方法制備出新型的多級孔結構碳材料；運用靜電紡絲技術制備出納米纖維碳材料，將含氮酚醛樹脂與檸檬酸鉛混合焙燒制備多孔碳材料；以多級孔碳材料為骨架體負載氧化錳制備碳錳復合電極材料，并對以上材料進行表征分析、電化學性能的測試，主要內容包括以下三部分：
　?。?）金屬有機酸鹽焙燒活化制備多級孔碳材料
　　采用濕法回收新技術將廢鉛酸蓄電池鉛膏通過乙酸檸檬酸鈉體系浸出得到柱狀檸檬酸鉛，作為原始碳源，在氮氣氣氛下低溫焙燒制備出多級孔碳

3、材料。表征分析與電化學測試顯示隨著溫度的升高碳材料的比表面積增大，柱狀結構逐漸破碎，低溫焙燒制備出的多級孔碳材料電容性較差，溫度升高至600℃時電容性有明顯的提升。
　?。?）多級孔碳材料的改性活化及靜電紡絲技術制備碳納米纖維
　　為進一步提升多級孔碳材料的電化學性能，采用了物理活化、化學活化的方法對碳材料的結構進行改性，通過化學活化的碳材料比表面積提升至866.59 m2/g，電容性能得到了較大的改善，其中化學活化的碳材料

4、組裝成簡易的超級電容器裝置后在1A/g的電流密度下質量比電容達到了82.8 F/g。運用靜電紡絲技術將球磨后的納米檸檬酸鉛顆粒超聲分散至靜電紡絲前驅液中制備出含有檸檬酸鉛的納米纖維，經過氮氣氣氛下焙燒得到碳納米纖維，電化學測試顯示碳納米纖質量比電容為42.2 F/g。研究氮摻雜的方法改性碳材料的結構，將含氮酚醛樹脂與檸檬酸鉛均勻混合焙燒制備出多孔材料，電化學測試表明混合焙燒后的碳材料存在贗電容效應，在100 mA/g的電流密度下質量比電

5、容達到了203.8 F/g，電化學性能優(yōu)于二者單獨制備的碳材料的電化學性能。
　?。?）多級孔碳/氧化錳復合材料的制備和性能表征
　　為進一步利用多級孔碳材料的骨架結構，實驗采用水熱、恒壓電鍍的方法在多級孔碳材料的骨架體上負載二氧化錳。表征分析與電化學分析表明，恒壓電鍍制備的碳錳復合材料電化學穩(wěn)定性較差，電容在高電流密度下衰減過快；三維碳材料骨架體上成功負載了大量錳的氧化物，溫度是影響水熱制備二氧化錳的決定因素，室溫和120