具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)多孔炭的制備及其電化學(xué)電容性質(zhì)研究.pdf

1、能源問題是全世界都關(guān)心的一個(gè)主題，并且隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展會(huì)更加重視這一問題。世界的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的全球化、現(xiàn)代化，離不開化石能源，如石油、天然氣、煤炭的廣泛應(yīng)用。全世界對(duì)工業(yè)化速度的追求，導(dǎo)致了能源的消耗速度也大大加快，據(jù)相關(guān)報(bào)道，化石能源在21世紀(jì)上半世紀(jì)將會(huì)嚴(yán)重匱乏，全球能源危機(jī)問題將會(huì)日益突出。此外，化石燃料的使用還導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境問題。能源危機(jī)和環(huán)境問題對(duì)人類的生存和發(fā)展直接構(gòu)成威脅。因此，發(fā)展可持續(xù)的清潔能源和研究先進(jìn)能源存儲(chǔ)技術(shù)

2、已成為一個(gè)非常緊迫的問題，超級(jí)電容器的出現(xiàn)為可持續(xù)發(fā)展提供了可能。超級(jí)電容器是一種獨(dú)特的電能存儲(chǔ)設(shè)備，不僅能提供的能量密度比傳統(tǒng)電容器大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而且比傳統(tǒng)電池具有更高的功率密度和更好的循環(huán)性能。電極材料對(duì)超級(jí)電容器的性能起到至關(guān)重要的作用。近年來，以生物質(zhì)為碳源，是該領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　本論文以三種生物質(zhì)材料為前驅(qū)體，通過不同的合成方法制備出多種不同形貌、結(jié)構(gòu)的多孔碳材料，并對(duì)其電容性能進(jìn)行了研究。
　　1.以柚子

3、皮為原料，采用冷凍干燥保持柚子皮原有微結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，通過炭化、KOH活化獲得了泡沫狀炭片，通過SEM觀察發(fā)現(xiàn)該炭片是由孔徑約為20μm的炭管相互交聯(lián)在一起組成的。將該炭片直接作為工作電極進(jìn)行電化學(xué)測試，結(jié)果表明，在6M KOH溶液中，在電流密度為1Ag-1條件下比容量高達(dá)338 Fg-1；當(dāng)電流密度達(dá)到20 Ag-1，比容量仍有200 Fg-1。此外，炭片組成的對(duì)稱超級(jí)電容器在功率密度為250 Wkg-1時(shí)能量密度為11.05 Wh

4、kg-1。該電容器在電流密度為5 Ag-1時(shí)經(jīng)過5000次充放電循環(huán)后，其容量只降低2.4％，說明由炭片組成的對(duì)稱超級(jí)電容器具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　2.以胖大海為碳源，采用水熱炭化獲得前驅(qū)體，再用KOH對(duì)其進(jìn)一步活化，獲得氮摻雜的多孔炭。通過改變活化溫度或活化劑與前驅(qū)體的比例，結(jié)果表明當(dāng)活化溫度為800oC、活化劑與前驅(qū)體的比例為1時(shí)，獲得的多孔炭具有最優(yōu)的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為1 Ag-1比容量高達(dá)337 Fg-1。當(dāng)電流

5、密度增加到50 Ag-1時(shí)，比容量仍保持有181.5 Fg-1。該多孔炭材料組裝成的對(duì)稱電容器在電流密度為20 Ag-1時(shí)經(jīng)過10000次充放電循環(huán)后，其容量保持率高達(dá)98%。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)該多孔炭材料所具備的優(yōu)異的電化學(xué)性能主要?dú)w因于材料的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)、窄的孔徑分布、合理的微/介孔比例以及N原子的摻雜。
　　3.以桂花為原料，采用水熱炭化獲得水熱炭，再用KOH對(duì)其進(jìn)一步活化，獲得蜂窩狀的多孔炭。通過改變活化劑與水熱炭的比例，結(jié)果表