KOH活化炭氣凝膠的制備及其儲(chǔ)電性能研究.pdf

1、電化學(xué)電容器作為一種安全可靠、清潔環(huán)保的新型儲(chǔ)能器件，近年來備受關(guān)注。多孔碳材料經(jīng)常被用來制備電化學(xué)電容器的電極，具有良好的性能。多孔碳材料的比表面積和孔徑分布與電化學(xué)電容器電容性能關(guān)系緊密。炭氣凝膠由于具有獨(dú)特的三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的導(dǎo)電性，被認(rèn)為是制備電化學(xué)電容器電極的理想材料。 本論文中，以間苯二酚(R)和甲醛(F)為原料，采用微乳液模板調(diào)控溶膠．凝膠聚合反應(yīng)法(MTSGP)制備了RF氣凝膠。通過改變催化劑用量和炭化處理

2、溫度得到具有不同比表面積和孑L徑分布的炭氣凝膠和半炭化氣凝膠。以KOH為活化劑，以不同的活化劑用量對(duì)炭氣凝膠或半炭化氣凝膠進(jìn)行改性處理，最終得到活性炭氣凝膠。通過低溫氮?dú)馕椒?、SEM、FTIR、XRD分析炭氣凝膠、半炭化氣凝膠和活性炭氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)和表面基團(tuán)性質(zhì)，通過循環(huán)伏安法和交流阻抗譜法測(cè)試了炭氣凝膠和活性炭氣凝膠的電化學(xué)性能，探討了催化劑配比、炭化處理溫度及活化條件與孔結(jié)構(gòu)的關(guān)系及孔結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能之間的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)取得了以下結(jié)

3、果： (1)KOH活化能增加炭氣凝膠的比表面積并改變其孔結(jié)構(gòu)。KOH活化的主要作用是刻蝕炭氣凝膠骨架上的碳，刻蝕既能生成微孔，又能將各種大小的孔擴(kuò)大。適當(dāng)?shù)腒OH活化可以保存好炭氣凝膠的碳骨架，過度的活化則會(huì)造成碳骨架的破壞和孔結(jié)構(gòu)塌陷，并發(fā)生炭氣凝膠粒子的“融并”現(xiàn)象。 (2)足夠的其碳骨架強(qiáng)度對(duì)于活化來說是必要的。RC比決定了炭氣凝膠粒子的顆粒大小，因此決定了其碳骨架強(qiáng)度，RC比高，則強(qiáng)度越高。CA-RC500比CA

4、-RCl25具有更高的碳骨架強(qiáng)度，因此在活化過程中能更好地保持碳骨架。RC比高的炭氣凝膠在高活化劑用量的條件下活化仍能保持碳骨架。 (3)半炭化的：RF氣凝膠比完全炭化的炭氣凝膠具有更多的“活性點(diǎn)碳”，而且其骨架中含有有機(jī)成分，采用KOH處理時(shí)，既有KOH刻蝕碳的反應(yīng)，也有KOH促使部分有機(jī)成分骨架分解的反應(yīng)，因此，活化效果更好，孔結(jié)構(gòu)的控制也更加靈活。選擇適當(dāng)?shù)陌胩炕瘻囟瓤梢栽诒３趾锰脊羌艿那闆r下得到中孔非常豐富的活性炭氣凝膠

5、。 (4)KOH活化制備的活性炭氣凝膠的比電容高于未活化的炭氣凝膠，提高幅度最高可達(dá)1.5倍以上，最高可達(dá)257F/g。與日本生產(chǎn)的商用電容器使用的超級(jí)活性炭進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能比較，發(fā)現(xiàn)所制備的活性炭氣凝膠樣品ACA-KS500-1的儲(chǔ)電性能優(yōu)于該超級(jí)活性炭。 (5)以結(jié)構(gòu)類似為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)活性炭氣凝膠進(jìn)行分組，A型活性炭氣凝膠和B型活性炭氣凝膠的比電容均與比表面積顯示了良好的比例線性關(guān)系。比較A型活性炭氣凝膠和B型活性炭