论文部分内容阅读
超级电容器具有较高的功率密度和能量密度,是一种新型的储能器件,可以很好地满足人们对日益增长的电力储存需求。电极材料是影响其性能的关键,科研人员追求的目标是开发价格低廉、性能优异的电极材料。褐煤资源丰富,价格低廉,但褐煤发热量低、灰分高和含水量高等缺点抑制了其在工业上大规模应用。本文采用宝清褐煤为原料,通过KOH溶液抽提分离得到抽提物和残渣,分别活化制得多孔炭材料,并与KOH和煤物理掺混活化制得的多孔材料进行对比。为得到性能更为优良的材料,对制备工艺进行优化,考察碱煤比、活化温度和活化时间对材料孔隙结构和电化学性能的影响。以比表面积与孔径测定仪(BET)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)等现代分析手段对样品进行表征分析样品的微观结构和表面化学组成等特点,以恒流充放电(GCD)、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等电化学方法测试产品的电化学性能。研究结果如下:(1)以碱煤比4:10抽提分离得到的碱抽提物在600 ~oC下活化60 min制备出多孔炭材料(LC),样品具有丰富的中、微孔,为离子快速传输提供通道,比表面积最大可达1422 m~2/g,有利于电解质的离子吸附。三电极体系中,在6 mol/L KOH电解液中电流密度为0.5 A/g时的比电容最高可达276.6 F/g,在4 A/g时的比电容为219.9 F/g;由此材料组装成的纽扣电池,在0.5 A/g的比电容可达299.9F/g,循环5000圈后的电容保持率为94.99%。(2)以碱煤比4:10抽提分离得到的残渣在700 ~oC下活化30 min制备出的多孔材料(SC)作为电极材料,在三电极体系中,在0.5 A/g时,比电容量最大为248.7 F/g,在4 A/g时,比电容量为204.0 F/g,由此组装成的纽扣电池,在0.5A/g的比电容量为268.4 F/g,循环5000圈的电容衰减率仅为5.39%。(3)以KOH为活化剂,将物理掺碱法和碱抽提分离法制备出的样品进行对比。在三电极体系中,由碱煤比5:10进行物理掺混后活化得到的样品(PCL-5),在0.5 A/g时比电容量达到最大,为175.3 F/g,在4 A/g的比电容量为136.0 F/g;由碱煤比4:10进行物理掺混后活化得到的样品(PCS-4),在0.5 A/g时的比电容值为188.4 F/g,在4 A/g时比电容量则为144.2 F/g。对比发现褐煤由碱分离制备出的多孔材料(LC与SC)具备更优异的电化学性能,表明碱分离法更适合制备多孔炭材料用于超级电容器。褐煤有望成为比容量和倍率性较高并且可逆性较好的超级电容器电极材料。