【摘 要】
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超级电容器（SC）作为新型储能器件,具有体积小、循环寿命长、高功率密度、充放电时间短等优点使其在电动汽车、柔性电子产品等领域具有广阔的应用前景。电极材料作为超级电容器至关重要的一部分,受到了科研工作者的广泛研究。生物质碳材料是以来源广泛、成本低廉、可再生的生物质为原料,通过简单的工艺制备出的具有高比表面积、多孔结构的碳材料。因此,将生物质碳材料作为超级电容器的电极材料是未来能源研究发展的方向之一。
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超级电容器（SC）作为新型储能器件,具有体积小、循环寿命长、高功率密度、充放电时间短等优点使其在电动汽车、柔性电子产品等领域具有广阔的应用前景。电极材料作为超级电容器至关重要的一部分,受到了科研工作者的广泛研究。生物质碳材料是以来源广泛、成本低廉、可再生的生物质为原料,通过简单的工艺制备出的具有高比表面积、多孔结构的碳材料。因此,将生物质碳材料作为超级电容器的电极材料是未来能源研究发展的方向之一。本论文探究了海藻酸钠（SA）与胺类化合物交联,然后通过简单的碳化与活化过程,制备氮氧共掺杂多孔碳材料（NO-PCs）。主要包括以下几个方面:1)首先,研究了SA与二元胺化合物（乙二胺、尿素和对苯二胺）的交联,并通过静电滴液的方法制备SA凝胶微球,然后经过碳化和KOH活化制备NOPCs。主要研究二元胺交联剂的结构与浓度对多孔碳材料比表面积、材料含氮量、孔径结构和电化学性能等的影响。研究结果表明:（1）交联剂浓度对NO-PCs结构与性能影响较大,即随着交联剂乙二胺浓度的增加,材料的石墨化程度增加,比表面积及孔体积呈现先增大后减小的趋势;（2）二胺交联剂的结构对NO-PCs的结构和性能也有明显的影响;二胺交联剂的碱性越强,会使交联密度增加从而增加碳材料的氮含量。综合比表面积、材料含氮量、导电性和孔径分布的作用,其中,以浓度为0.2 M的乙二胺溶液为交联剂制备的碳材料（c-SAE-0.2）具有最大比表面积（3794.0 m~2/g）和比电容（1 A/g电流密度时为269.0 F/g）以及优异的循环稳定性（5 A/g电流密度下5000次循环后,电容保持率为92.1%）。在组装的两电极体系中,该材料可提供18.9 W h/kg的高能量密度（功率密度为1380 W/kg）。2)为了进一步研究胺类交联剂结构对多孔碳结构和电化学性能的影响,本章以多元胺化合物（乙二胺、二乙烯三胺和三亚乙基四胺）作为交联剂及氮源,研究了其结构对制备的NO-PCs的结构和性能的影响。研究结果表明:（1）随着交联剂分子链的增长,碳材料的中孔占比和含氮量均增加,使材料中无定形碳增加,从而导致材料内部结构部分坍塌,比表面积呈现先增大后减小的趋势;（2）适量含量的氮掺杂将提高电极材料的比电容,二乙烯三胺作为交联剂获得的碳材料（c-SAT-0.05）具有较大比表面积（3330.9 m~2/g）和高的比电容（1 A/g电流密度时为276.4 F/g）。同时,c-SAT-0.05有良好的循环稳定性和倍率性能。
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