超級(jí)電容電極材料用活性炭制備性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器作為介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種新型的儲(chǔ)能元件，正逐漸成為電化學(xué)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?；钚蕴拷?jīng)常被用作超級(jí)電容器電極材料，其結(jié)構(gòu)性質(zhì)對(duì)超級(jí)電容器的性能起決定性影響。本論文旨在實(shí)現(xiàn)用農(nóng)林廢棄物（如木屑、稻殼等））進(jìn)行活性炭的制備，并對(duì)其進(jìn)行性能表征和超級(jí)電容性能測(cè)試，分析并獲得活化工藝-活性炭性能參數(shù)-活性炭電極超級(jí)電容性能三者之間的映射關(guān)系。本論文以磷酸為活化劑，采用一步高溫炭化活化工藝，通過(guò)改變?cè)?、浸漬比、活化溫度和活化時(shí)

2、間得到不同結(jié)構(gòu)性能和表面化學(xué)性質(zhì)的活性炭材料，運(yùn)用掃描電鏡、紅外光譜分析儀和全自動(dòng)比表面及孔隙度分析儀對(duì)活性炭材料進(jìn)行性能表征，電化學(xué)工作站對(duì)活性炭電極材料進(jìn)行超級(jí)電容性能的測(cè)試，進(jìn)而獲得改善活性炭材料超級(jí)電容性能的方法。主要研究工作和結(jié)論如下:
　　本文首先采用杉木木屑、稻殼、松木木屑及梧桐子為原料，獲得具有不同孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭。杉木屑、松木屑和梧桐子活性炭具有較大比表面積，分別達(dá)到1625.08m2/g、1826.94 m2/

3、g和1769.19m2/g。對(duì)活性炭制備成的電極進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)杉木屑活性炭電極具有最高的比電容和能量密度達(dá)到249 F/g和49.8 Wh/kg，循環(huán)伏安曲線具有良好電化學(xué)可逆性，并具有較小的內(nèi)阻。因此，本課題采用杉木屑為原料，研究活化工藝、活性炭性能和活性炭電極超級(jí)電容性能之間的映射關(guān)系。
　　本研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)優(yōu)化浸漬比（純干H3PO4/純干原料）、活化溫度等主要工藝參數(shù)，可以有效調(diào)控活性炭的孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，研制出

4、適用于超級(jí)電容器的高比表面積、高中孔率和低含氧量的活性炭材料。合理提高浸漬比和活化溫度有利于活性炭孔結(jié)構(gòu)的發(fā)育，但過(guò)量浸漬比和過(guò)高活化溫度都會(huì)加劇活化過(guò)程，造成擴(kuò)孔過(guò)度，致使活性炭基體中部分孔隙坍塌，從而降低活性炭收率、比表面積、總孔容和中孔率，并破壞活性炭的表面形貌?；罨瘎┰黾?，使更多的炭基體參與與磷酸的在活化反應(yīng)，導(dǎo)致活性炭表面官能團(tuán)增多。而提高活化溫度會(huì)增強(qiáng)活化過(guò)程的脫氧反應(yīng)，有效清除活性炭表面含氧官能團(tuán)。將獲得的活性炭制備成電極

5、材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)所制備的杉木活性炭電極材料比表面積與比容量之間并沒(méi)有直接線性關(guān)系，孔徑分布對(duì)電極材料的比電容影響很大:通過(guò)提高孔容和中孔率能夠改善材料的電容性能，提高比表面積利用率，并提高活性炭電極材料的比容量和能量密度。活性炭中表面含氧官能團(tuán)的存在會(huì)導(dǎo)致電容器的比能量和穩(wěn)定性下降。杉木屑活性炭電極材料對(duì)應(yīng)的最佳活化條件為:浸漬比為2、活化溫度為500℃、活化時(shí)間為120 min，其在KOH電解液中的比電容和能量密度高達(dá)24