重质油基多孔碳材料的制备及其电容储能特性研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingqing008800
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重质油是制备多孔碳材料的理想组分,在本工作中,采用重质油(石油沥青)为原料制备了纤维状多级孔碳(HPCNs)和六边形状多孔碳纳米片(HPC),并探究了他们在超级电容器和锂离子电容器中的电化学性能。本工作的主要研究内容分为以下两个部分。通过模板导向与活化结合实现了分层多孔碳纳米纤维(HPCNs)的构建。由于沥青前驱体中富含S和N的有机化合物,在制备过程中还实现了杂原子(S和N)的原位掺杂。通过控制原料的质量比,实现了孔径分布和比表面积的优化。化学活化和模板导向的主要贡献分别为制造微孔和介孔。与传统的化学活化工艺相比,活性剂的使用量大大减少。得益于稳定的纤维状微观结构,HPCNs基电容器的电话化学性能显著优于商业活性炭和来自纯模板导向以及单纯化学活化方法的对照组。即使当电极的质量负载高达10 mg cm-2时,HPCNs基电极也能发挥出较强的质量比电容/面积比电容的兼容性以及优异的循环稳定性。通过模板导向法和化学活化法的耦合,实现了将沥青转化为具有微孔结构的六边形多孔碳(HPC)。即使在极低比例的活化剂用量(0.5倍于碳源)下,HPC的比表面积也能达到1356 m~2 g-1,而且比模板导向碳和活化衍生碳的比表面积都要高。由水电解质和有机电解质组装的HPC//HPC对称超级电容器在速率能力、电容保持率和耐久性方面具有优异的电容储能行为。得益于材料的六边形微观结构以及多级孔通道的协同作用使得电极对不同电解质具有良好的兼容性,同时,剧烈的温度变化对电解质离子的扩散和转移速率几乎没有影响,进一步证明了材料结构的先进性。此外,用Li基电解质组装的HPC//LTO锂离子电容器也呈现出优越的能量密度。
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