【摘 要】
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新型储能器件的超级电容器（Supercapacitor,SC）,因其优异的功率密度、良好的倍率性能、长期循环稳定性和安全性而在过去几十年中被广泛关注、研究与应用,针对超级电容器普遍存在的电极材料生产成本高、孔隙结构不合理、比表面积低以及循环稳定性等关键问题,本文展开了相关研究。以蒜皮为前驱体,采用不同方法对其处理,探究了不同制备条件下生物炭孔结构及电化学性能的影响。另外,采用三聚氰胺为氮源,结合不
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金项目（51906125）； 国家自然科学基金国际合作与交流项目（52111540266）； 国家自然科学基金（52106257）；
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新型储能器件的超级电容器（Supercapacitor,SC）,因其优异的功率密度、良好的倍率性能、长期循环稳定性和安全性而在过去几十年中被广泛关注、研究与应用,针对超级电容器普遍存在的电极材料生产成本高、孔隙结构不合理、比表面积低以及循环稳定性等关键问题,本文展开了相关研究。以蒜皮为前驱体,采用不同方法对其处理,探究了不同制备条件下生物炭孔结构及电化学性能的影响。另外,采用三聚氰胺为氮源,结合不同的预处理方法对多孔炭进行了杂原子掺杂,得到高性能的氮掺杂多孔生物炭（Porous biochar carbon,PBC）,为生物质基多孔炭研究提供了有价值的参考依据。通过以蒜皮为前驱体,KOH为活化剂,验证了水力空化（Hydrodynamic cavitation,HC）辅助合成PBC的方法。对比不同制备方法对PBC孔结构、表面特性、石墨化程度,以及制备的SC电化学性能的区别,发现HC结合加碱活化对蒜皮PBC 比表面积及孔容产生了较大改变,最优制备条件下的PBC 比表面积达到了 3071 m2 g-1。总孔隙体积达到2.7 cm3 g-1;证明了 HC过程对PBC的改性具有较为明显的结果,经过HC处理的样品表面杂质被清除,证明HC是一种优秀的预处理方法。而且经过HC处理后的样品电化学性能改善明显,在双电极体系（6 MKOH）下,“KOH（1:8）+HC”样品的效果最好,在1 A g-1的电流密度下,比电容最高达到了 240 F g-1。经过在电流密度为5 A g-1下的5000次充放电循环后,“KOH（1:8）+HC”电容保留率高达96%,展现了优异的循环特性。选蒜皮为前驱体,KOH作活化剂,三聚氰胺作氮源,HC辅助处理,旨在寻求不同工艺下的PBC的性能区别,然后对所制备SC展开电化学测试。HC处理结合氮掺杂的样品微孔孔容比未经过HC但是同样氮掺杂的样品的孔容提高了 12%（由0.48 cm3 g-1增至0.6 cm3 g-1）,微孔的比表面积提高了20.1%（由1207 m2 g-1增至1450 m2 g-1）,微孔率由30%增加到42%,HC处理使三聚氰胺的引入增加了微孔率、微孔体积及微孔比表面积,证明了 HC结合三聚氰胺对PBC的微孔量有较大影响。在双电极体系（6 M KOH）下,“KOH（1:6）+HC+C3H6N6”样品的SC在电流密度为1 Ag-1时的比电容为305 F g-1,拥有最高的比电容,最高的能量密度及优秀的孔结构。经过5000次充放电循环（电流密度为5 A g-1）后,“KOH（1:6）+HC+C3H6N6”样品SC的电容保留率高达100%,具有极其优秀的循环特性。
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