【摘 要】
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超级电容器是一种功率密度高、充放电速度快和循环寿命高的储能设备。超级电容器电极材料是决定超级电容器性能的关键元件。活性炭具有低成本、高比表面积、良好的稳定性等优点,被广泛应用于超级电容器电极材料。活性炭的前驱体和活化方式的选择直接决定了它的电化学性能。本文选取不同的前驱体,采用一步活化法制备活性炭,制备出低成本、高性能活性炭材料。对活性炭材料的制备、结构和电化学性能进行了研究。论文主要研究内容与结
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超级电容器是一种功率密度高、充放电速度快和循环寿命高的储能设备。超级电容器电极材料是决定超级电容器性能的关键元件。活性炭具有低成本、高比表面积、良好的稳定性等优点,被广泛应用于超级电容器电极材料。活性炭的前驱体和活化方式的选择直接决定了它的电化学性能。本文选取不同的前驱体,采用一步活化法制备活性炭,制备出低成本、高性能活性炭材料。对活性炭材料的制备、结构和电化学性能进行了研究。论文主要研究内容与结果如下:（1）一步活化葡萄糖制备活性炭及其电化学性能以葡萄糖为前驱体,采用一步活化法制备的活性炭具有高比面积和电化学性能。相较于两步法,一步活化法制备活性炭成本更低,且比表面积比两步法制备的活性炭高一个数量级。葡萄糖经碱液处理后,将发生脱水、聚合、降解和氧化反应。反应12 h后,前驱体获得了最高的C/O比。以6 mol·L-1 KOH为电解液,活性炭AC-12h在三电极体系中,在1 A·g-1比电流下,比电容达到268 F·g-1;在两电极体系中,在0.25 A·g-1比电流下,两电极比电容达到56 F·g-1。在2 mol·L-1 KBr的两电极体系中,负极与正极质量比为3:1时,比能量达到24.5 Wh·kg–1。（2）一步活化柚子皮制备活性炭及其电化学性能以柚子皮为前驱体,与传统两步法相比,利用一步活化法制备得到的活性炭具有更高的电化学性能,更高的比表面积和更低的成本。活性炭CAC-1的产率达到16.7%,堆积密度达到0.63 g·cm-3。以6 mol·L-1 KOH为电解液,活性炭CAC-1在三电极体系中,1 A·g-1比电流下,比电容达到219 F·g-1;两电极比电容为48.8F·g-1,对应单电极比电容为195 F·g-1。在EMIMBF4两电极体系中,比能量最高达到40.5 Wh·kg-1,能量密度最高达到25.5 Wh·L-1。（3）一步活化聚苯胺制备活性炭及其电化学性能以植酸掺杂聚苯胺为前驱体,采用两步法和一步法,使用不同的活化剂比例制备了活性炭材料。使用较高比例的活化剂制备的活性炭的比表面积较高,使用相同比例活化剂,两步法和一步法制备出的活性炭的比表面积接近。AC-2b与PAC-1具有相似的电化学性能。以1 mol·L-1 H2SO4为电解液,在三电极体系中,在比电流1 A·g-1下,AC-2b和PAC-1的比电容分别为187和176 F·g-1。在两电极体系中,比电流0.25 A·g-1时,PAC-1的比电容为30 F·g-1,即单电极的比电容为120 F·g-1。
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