腐植酸鹽活性炭電極材料的制備及性能優(yōu)化.pdf

1、解決能源危機(jī)的關(guān)鍵在于可再生能源的開發(fā)與管理。超級(jí)電容器由于其優(yōu)異的性能，如較大的功率密度、良好的循環(huán)穩(wěn)定性、較高的充放電效率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能的高效存儲(chǔ)與分配，促進(jìn)了可再生能源的應(yīng)用及推廣。超級(jí)電容器的性能受多方面因素的影響，但是研究的核心內(nèi)容是電極活性材料，因?yàn)樗浅?jí)電容器的重要構(gòu)成部分。而目前熟知的材料中，碳材料是使用最廣泛的，它具有比表面積高、來源廣泛、環(huán)境友好、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，為了開發(fā)出性能更優(yōu)異的新型超級(jí)電容器，必須

2、致力于碳材料電化學(xué)性能增強(qiáng)方面的研究。
　　山西作為我國的煤炭大省，現(xiàn)正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的特殊時(shí)期。而低品位煤資源的利用，是保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。腐植酸是煤炭的主要有機(jī)成分，由它經(jīng)過簡單的活化工藝制備高價(jià)值的功能碳材料具有非常重要的意義。在利用化學(xué)活化制備活性炭的過程中，一可以選用外加活化劑，二可以通過選用帶有鹽離子的有機(jī)物自活化。除通過活化增加比表面積以外，還可以通過調(diào)節(jié)孔徑或在表面引入雜原子的方法來提高活性炭的電化學(xué)性能。

3、因而，本文以腐植酸鹽為原材料，通過對(duì)不同碳源和不同類別活化劑的選擇、優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)制備高性能的超級(jí)電容器電極材料。主要研究內(nèi)容如下：
　　1、以腐植酸鉀（HA-K）、硝基腐植酸（HA-N）、腐植酸鈉（HA-Na）分別為碳質(zhì)前驅(qū)體，在800℃的N2氛圍下碳化成不同的多孔炭，利用循環(huán)伏安法（CV）和恒流充放電法（GCD）進(jìn)行測試。在0.1A·g-1的電流密度下，三種多孔碳C-K、C-N、C-Na的比電容分別為122F·g?1，117F·g

4、?1，81F·g?1。因此，下一步工藝以HA-K為碳質(zhì)前驅(qū)體。
　　2、以HA-K為碳質(zhì)前驅(qū)體，分別選用具有不同活化機(jī)理的乙酸鉀（CH3COOK）、氫氧化鉀（KOH）、碳酸鈣（CaCO3）為活化劑，研究這些活化反應(yīng)對(duì)產(chǎn)物活性炭結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)以CH3COOK為活化劑時(shí)，形成的活性炭CK-CH3COOK具有最高的比表面積（1160cm2·g?1），且孔徑主要為微孔；在2M KOH中比電容高達(dá)270F·g?1，而CK-K

5、OH、CK-CaCO3分別為206F·g?1、106F·g?1。由此可以看出，CH3COOK是最優(yōu)活化劑。
　　3、以HA-K為前驅(qū)體，CH3COOK為活化劑，通過調(diào)整HA-K/CH3COOK比例來實(shí)現(xiàn)對(duì)活性炭的優(yōu)化，并測試了其在三種典型的水系電解液H2SO4、KOH、Na2SO4中的電化學(xué)行為。這些活性炭的比表面積、孔體積與未活化的相比，增加了790m2·g?1和0.358cm3·g?1。其中樣品CK-2（質(zhì)量比，腐植酸鉀：乙酸