多孔炭的合成與電容性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器具有功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性高和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于動(dòng)力電源、激光脈沖、智能電網(wǎng)、節(jié)能建筑和航空航天等領(lǐng)域。目前，由于比表面積大、抗酸堿腐蝕型性強(qiáng)等特性，炭材料作為超級(jí)電容器電極具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，炭電極材料面臨著導(dǎo)電率低、與集流體的接觸電阻大以及孔道長(zhǎng)度較長(zhǎng)等問題，增加了電容器中電子和離子的傳輸阻力，導(dǎo)致了超級(jí)電容器能量密度低、倍率性能差和使用壽命短等問題。因此，具有高導(dǎo)電性的新型炭材料的設(shè)計(jì)合成有著重

2、要的實(shí)用意義。本論文利用分子自組裝和原位生長(zhǎng)技術(shù)，合成了微孔炭納米片和泡沫鎳基底原位生長(zhǎng)的多孔炭材料，并研究了其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與電容性能之間的關(guān)系。具體包括以下兩個(gè)方面:
　　(1)以氧化石墨烯為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，采用酚醛胺快速聚合體系，通過溶膠-凝膠法，經(jīng)過簡(jiǎn)單的熱解處理一步合成片層厚度為30～40nm的片層微孔炭材料。該材料具有片層結(jié)構(gòu)，利于縮短離子的傳輸路徑;材料中均勻分布的石墨烯提高了材料的電子導(dǎo)電性。相比于傳統(tǒng)的活性炭材料，微孔炭納

3、米片具有更好的雙電層電容特征和大電流充放電能力;經(jīng)過水活化處理，材料的比表面積提高至1293m2g-1，其在水系電解液中的電容值進(jìn)一步提高，達(dá)到190Fg-1。同時(shí)，將活化的材料應(yīng)用到有機(jī)電解液的超級(jí)電容器中，表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能，質(zhì)量能量密度和體積能量密度達(dá)到22.4Whkg-1和17.3mWhcm-3。
　　(2)通過原位聚合的方法制備得到泡沫鎳基底原位生長(zhǎng)的多孔炭材料，該材料具有不同的孔尺寸和炭含量。炭材料與泡沫鎳骨架緊密接

4、觸，降低了活性物質(zhì)與集流體之間的接觸電阻，并且附著的炭層厚度控制在5μm以下，降低了離子傳輸阻力。表面活性劑F127的添加與否，決定了泡沫鎳基多孔炭材料的孔道類型，添加F127時(shí)得到介孔炭材料，不添加F127時(shí)得到微孔炭材料。上述炭材料電容性能的研究表明，泡沫鎳基介孔炭具有更好的電化學(xué)性能，電容值能夠達(dá)到190Fg-1。通過多次浸潤(rùn)泡沫鎳能夠得到高含炭量的炭電極，該電極仍然具有良好的電容性能，同時(shí)由于負(fù)載量的提高使其能夠存儲(chǔ)的電荷量達(dá)到