層次多孔碳電極材料的制備及其超級電容特性研究.pdf

1、電化學電容器(ECs),又稱為超級電容器、超電容器或者贗電容器,是一種結合了傳統(tǒng)電容器和電池的新型能量儲存設備及轉換裝置,因其具有快速充放電、長循環(huán)壽命、低內阻和高功率密度等特點而引起了研究學者的廣泛興趣和關注。ECs的發(fā)展關鍵在于其高性能電極材料的開發(fā)和研究。目前,應用最廣泛的電極材料為大比表面碳材料。而碳材料中的層次多孔碳(HPCs)由于合成方法簡單,具有大比表面、可控孔徑和多種孔結構等優(yōu)點受到了越來越多的關注。
　　本論文以

2、氧化鎳/表面活性劑為雙模板、酚醛樹脂作為碳源,采用溶膠-凝膠自組裝方法合成了層次多孔碳材料。并探討了表面活性劑(CTAB)初始濃度的改變、不同的活化方法和不同的水系電解液對層次多孔碳材料的物理結構及其作為超級電容器電極材料的電化學性能影響。
　　通過調節(jié)硝酸鎳與CTAB初始質量比制備了五種層次多孔碳材料。通過FE-SEM等測試手段考察了HPCs的形貌,氮氣吸脫附測試研究了層次多孔碳材料的比表面積和孔徑。其結果表明所制備的碳材料含有

3、微孔-介孔-大孔的微觀結構。當硝酸鎳與表面活性劑初始質量比為4:4時所制備出的HPCs(標記為HPCs-3)顯示出最大的比表面積(689m2g-1)。在6.0molL-1 KOH電解液中,通過CV測試表明在掃描速率為1mVs-1時,HPCs-3單電極比電容高達272Fg-1。
　　初始質量比為4:4的硝酸鎳與CTAB所制備的碳材料進行HNO3和ZnCl2兩種化學活化,討論不同后處理對碳材料的物理特性以及電化學性能的影響。測試結果表

4、明活化處理增加了碳材料比表面積;ZnCl2活化增加了碳表面含O官能團,而HNO3活化不僅增加了碳表面含O官能團,還增加了含N官能團。碳材料的電化學性能經過活化之后有很大的提高。特別是 HNO3活化的碳材料(標記為HPCs-HNO3)表現(xiàn)出最佳的電化學性能:最高比電容、穩(wěn)定的循環(huán)性和最小內阻。
　　初始質量比為4:4的硝酸鎳與 CTAB,HNO3活化制備的碳材料組裝成超級電容器,研究其在水系電解液2.0molL-1(NH4)2SO4

5、,2.0molL-1 Na2SO4,0.5molL-1 H2SO4和6.0molL-1 KOH中的電化學性能。結果表明經過HNO3活化的層次多孔碳超級電容器在6.0molL-1 KOH電解液中,表現(xiàn)出最佳的電化學性能。循環(huán)壽命測試結果顯示活性 HPCs超級電容器在不同水系電解液中,電壓范圍為0.0~1.0V及0.0~1.2V時都表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性,特別是在6.0molL-1 KOH電解液中穩(wěn)定性最好,循環(huán)上千次而容量衰減很小。恒流充