废弃高分子材料衍生多孔炭的制备及其电化学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiexiebinbin
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超级电容器是一类新型的能量存储器件,具备绿色零污染、充电耗时少、可使用环境广、功率密度大、工作寿命久等优势。电极材料直接影响了超级电容器的使用性能。因而,制备优异电化学储能性能的电极材料已成为该领域的一个迫切需求。由于炭材料具备生产工艺简便、导电性优良、稳定性能高、结构易调控、形式种类多和较高的比表面积等优势,已被大量投入于高性能超级电容器电极材料的开发。本文采用废弃高分子材料作为炭源,制备了具备高比表面积的多孔炭材料。借助Raman、BET、XRD、TEM、SEM、XPS、恒流充放电实验(GCD)、循环伏安实验(CV)等系列表征手段,探究了所得多孔炭材料的微观形貌和结构、以及电化学性能。主要研究内容如下:(1)采用废弃中空纤维滤膜作为炭源,在Ar作为保护气体的环境下,以KOH作为活化剂,采用高温热解活化法制备了多孔炭。结果表明,中空纤维滤膜衍生多孔炭材料具有无定型结构,具有不规则的三维网状互通结构,当炭化温度在700°C时,多孔炭材料具备高达2934 m2 g-1的高比表面,主要为微介孔结构。在6 M KOH电解液内,于1 A g-1电流密度时,所得多孔炭的比电容可达289 F g-1,且经5000次的循环充放电测试后,其比电容可保持92.8%。(2)采用废弃聚氨酯鞋材作为炭源,在Ar作为保护气体的环境下,以KOH作为活化剂,采用高温热解活化法制备了多孔炭。结果表明:废弃聚氨酯鞋材衍生多孔炭材料具有无定型结构,当炭化温度在800°C时,比表面达到1467 m2 g-1。借助电化学测试得知,所得多孔炭材料XDC-800具备优异的电化学可逆性,良好的电容性能和极佳的倍率性能,展现出优良的双电层电容行为。在6 M KOH电解液内,于电流密度为1 A g-1时,多孔炭材料XDC-800的比电容可达280 F g-1,同时呈现出优良的稳定性,经5000次的循环充放电之后,电容保持率为95.7%。(3)采用废弃PET泡沫塑料作为炭源,在Ar作为保护气体的环境下,以KOH作为活化剂,采用高温热解活化法制备了PET泡沫衍生多孔炭材料。实验结果表明,所得多孔炭材料具有无定型结构,具有形似蜂窝状结构,当炭化温度为700°C时,比表面积高达2281 m2 g-1。在6 M KOH电解液内,于电流密度为1 A g-1时,所得多孔炭材料PMC-700的比电容达296 F g-1,在经历5000次的循环充放电后,所得材料呈现出不俗的电化学稳定性,其比电容值仍可保留87.1%。
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