氮摻雜炭材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種新型的儲(chǔ)能器件，具有高功率密度和長循環(huán)使用壽命以及溫度適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在交通、能源、電子信息等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。電極材料是構(gòu)成超級(jí)電容器的重要組成部分，其組成和結(jié)構(gòu)影響超級(jí)電容器的整體性能和應(yīng)用領(lǐng)域。炭材料作為重要的電極材料是迄今為止商業(yè)化運(yùn)行最好的電極材料，也是目前基礎(chǔ)研究領(lǐng)域熱點(diǎn)研究方向之一。從某種意義上說，對(duì)炭的理解和認(rèn)識(shí)，是超級(jí)電容器研發(fā)至關(guān)重要的內(nèi)容。高比表面積、適宜的孔結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)性質(zhì)、良好的導(dǎo)

2、電性及高性價(jià)比是考評(píng)炭材料作為優(yōu)異的電化學(xué)電容器電極材料的主要指標(biāo)。為此，許多研究工作圍繞炭材料的孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化及表面改性展開，擬在提高電容器的比電容及拓展電勢窗口，改善超級(jí)電容器的整體性能，提高電容器的能量密度。本論文以兩種高分子有機(jī)物為原料，三聚氰胺為氮源，通過二氧化碳活化制備氮摻雜活性炭材料。采用N2物理吸附、元素分析(CHN)、X射線光電子能譜(XPS)和X射線衍射(XRD)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行組成和結(jié)構(gòu)表征，通過電化學(xué)工作站及電池測試系統(tǒng)對(duì)

3、其電化學(xué)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以PET高分子塑料為原料，三聚氰胺為氮源，CO2活化法制備氮摻雜活性炭(NAC)。考察活化時(shí)間對(duì)炭材料孔結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:隨著活化時(shí)間的延長，比表面積和總孔容增加，整體氮含量減少而表面氮含量先減少后小幅度增加。當(dāng)活化時(shí)間為4h時(shí)，NAC-4的比表面積最大為1103 m2 g-1，總孔容為0.53 cm3 g-1，表面氮含量為4.92 wt.％。在50 mA g-1

4、電流密度下，6 mol L-1 KOH體系中其比電容為226F g-1，在1 mol L-1 H2SO4體系中比電容260 F g-1。對(duì)NAC-4組裝對(duì)稱電容器，其在1 molL-1 Li2SO4電解液體系中工作電壓可達(dá)1.8 V，明顯高于酸和堿體系，且表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。⑵以PET高分子塑料為原料，三聚氰胺為氮源，制得富氮前驅(qū)體;采用不同工藝過程（炭化-活化、炭化-活化，炭化）處理富氮前驅(qū)體制備氮摻雜活性炭。考察富氮前驅(qū)體的低溫

5、炭化溫度及工藝過程對(duì)NAC性能的影響。結(jié)果表明:隨著活化時(shí)間的延長，氮含量呈遞減的變化趨勢;且400℃炭化樣品的氮和氧含量均高于600℃炭化樣品。活化處理后樣品的比表面積和總孔容顯著增加，400℃炭化后活化樣品的表面積為815 m2g-1，表面氮含量為3.0 at.％，在50 mA g-1電流密度下其比電容最大為191 F g-1，且在1000mA g-1下電容保持率高達(dá)87％。⑶以高分子樹脂為原料，三聚氰胺為氮源，CO2活化法制得氮摻