【摘 要】
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超级电容器兼具传统电容器和二次电池的特性,且具备充放电速度快、环境友好及优异的循环寿命等优点。电极材料是决定超级电容器性能的关键因素,研究开发性能优越的电极材料成为当前的研究热点之一。废糖液（WSS）是工业生产维生素C中所产生的液态废弃物,其碳水化合物含量较高,碳氧元素丰富,是制备超级电容器用炭材料的潜在原材料。利用WSS作为原材料制备超级电容器电极材料,不仅能够对其进行充分利用,还有利于减少环境
【基金项目】
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改性石墨烯重防腐材料技术研究及产业化项目（Z6H190005）； 国家自然科学基金项目（21978317、22178374）；
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超级电容器兼具传统电容器和二次电池的特性,且具备充放电速度快、环境友好及优异的循环寿命等优点。电极材料是决定超级电容器性能的关键因素,研究开发性能优越的电极材料成为当前的研究热点之一。废糖液（WSS）是工业生产维生素C中所产生的液态废弃物,其碳水化合物含量较高,碳氧元素丰富,是制备超级电容器用炭材料的潜在原材料。利用WSS作为原材料制备超级电容器电极材料,不仅能够对其进行充分利用,还有利于减少环境污染,具有经济、环保双重意义。在多孔炭的制备方法中,一步法具有简单、省时以及低能耗等优点,有利于降低成本,实现产业化。本文以废糖液作为前驱体,通过不同方法对其进行孔隙调控和表面修饰并研究其对多孔炭的比表面积、表面性质以及孔结构等方面的影响,进一步研究其对超级电容器电化学性能的影响。具体研究内容如下:（1）烘干的WSS分别与KOH、K2FeO4、ZnCl2及K2CO3混合均匀并进行一步活化,探究不同活化剂对所得多孔炭的比表面积、孔道结构及电化学性能的影响。研究发现,KOH活化得到的多孔炭比表面积最大(2242 m~2 g-1),ZnCl2活化得到的多孔炭中孔率高达38.8%。K2CO3活化得到的多孔炭在三电极测试体系中电化学性能最优,比电容在0.5 A g-1电流密度条件下达到322 F g-1,电流密度提升至50 A g-1,其比电容保持为55%。此外,研究了K2CO3活化得到的多孔炭在不同电解液（6 M KOH、1 M Na2SO4和离子液体）中两电极测试体系的电化学性能,WSS-K2CO3在KOH电解液中的比电容较高(242 F g-1),在1 M Na2SO4和离子液体中的工作电压能够达到1.8 V与3.8 V,能量密度分别为17.1 Wh kg-1和15.2 Wh kg-1。（2）为了得到中孔-微孔相互交联的孔隙结构多孔炭,以WSS为原料,采用K2CO3和ZnCl2作为双活化剂,通过一步法制备了具有相互交联的网状“蜂窝”结构多孔炭。研究表明,采用双活化剂能提高所得多孔炭的中孔,提高活化温度能够拓宽孔径。当K2CO3和ZnCl2的混合比例为8:2,活化温度为700 ℃时,所得多孔炭WDA700-8-2的比表面积为1255 m~2 g-1,在6 M KOH电解质的两电极测试体系中0.5 A g-1电流密度条件下,比电容为236 F g-1,电流密度提高至10 A g-1,比电容保持率为75.8%,循环20000次充放电后,比电容保持率为96.77%,具有良好的循环稳定性。（3）杂原子掺杂能够调节多孔炭的表面化学活性,提高其电化学性能。以WSS为碳源,三聚氰胺为氮源,通过一步法制备氮掺杂多孔炭。研究发现,随着三聚氰胺添加量的增加,多孔炭的N含量增加,比表面积增大,微孔的孔径由0.6-1 nm扩宽为0.8-2 nm,且2-4 nm范围的中孔明显增加,这表明添加三聚氰胺后多孔炭的孔隙结构变得更丰富,这将有利于电解质的存储与传输。活化温度升高,多孔炭中N含量减少,但比表面积与孔体积逐渐增大,表明高温促使三聚氰胺发生分解,气体从炭材料中逸出留下更多的孔隙。当三聚氰胺添加量为2 g,活化温度为700 ℃时,NWMC700-2的比表面积为2181 m~2 g-1,氮含量为4.09%,比电容高达286 F g-1,循环20000次充放电后,比电容保持率达到95.76%,当功率密度为110.4 W kg-1时,能量密度达到7.71 Wh kg-1。本论文有图59幅,表13个,参考文献139篇
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