一步法碳化制备高比表面积氮掺杂生物基多孔碳用于超级电容器的研究

来源 :厦门大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:augustS
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着社会的发展,人们对能量存储设备的需求越来越多,同时对能量存储设备的要求也越来越高,超级电容器(SC)的能量密度和功率密度介于传统电容器和电池之间,同时安全性能好,在一些领域得到了广泛的应用。多孔碳由于易获取且价格较为便宜,在SC上得到了广泛的应用,但是多孔碳比电容较低,能量密度有限,提高多孔碳的能量密度仍是目前的研究热点之一。传统的制备多孔碳通常需要先碳化,然后再次进行活化,步骤繁琐且需要两次加热,对能量消耗较多。在这样的大背景下,本文研究如何利用简单的制备方法,获得具有优异电化学性能的多孔碳。氮掺杂是提高多孔碳电化学性能的有效手段,本文以甲壳素作为碳源和氮源,为了简化制备过程,通过球磨的方法使甲壳素与KOH活化剂充分混合,然后经过一步碳化和活化,制备出最高比表面积为1735.84 m2 g-1和最高氮含量为7.12%的氮掺杂多孔碳。以6mol L-1的KOH溶液为电解液,通过三电极电化学测试,得出样品Ct-C-600具有最高的比电容(218.4F g-1)。以Ct-C-600作为活性材料,6mol I-1的KOH溶液为电解液,组装成对称SC,对SC进行两电极电化学测试,最大电压窗口可以达到1.4 V,最高能量密度达到15.8 wh kg-1,最高功率密度达到3500 W kg-1,在经过4000次循环后,仍能保持70%左右的初始比电容,验证了Ct-C-600作为电极材料的实用性。通过对样品进行一系列表征,分析了影响电化学性能的因素。由于通过球磨的方法使KOH活化剂与壳聚糖混合均匀的程度有限,制备的氮掺杂多孔碳的比表面积也有限,而甲壳素比较难以溶解,对其改性也较困难。为了制备更高比表面积的多孔碳,对甲壳素的衍生物壳聚糖进行改性,使其能够与KOH溶液形成均相的胶体。将改性的壳聚糖作为碳源和氮源,KOH作为活化剂,一步制备出具有高比表面积和大孔容积的掺氮多孔碳。壳聚糖/KOH质量比为1:1时,样品CS-C-1的比表面积为2952.9 m2 g-1,孔体积为2.32 cm3 g-1。使用6 mol L-1的KOH溶液作为电解质,样品的比电容达到325.6F g-1(0.5 Ag-1),并且在5000次循环后性能没有降低。结果表明CS-C-1有作为超级电容器电极材料的潜力。将甲壳素与壳聚糖两种原料制备碳材料进行对比发现,以甲壳素为原料的制备方法技术路线较为简洁,成本较低;以壳聚糖为原料制备得到的碳材料比表面积较大,比电容更高,综合性能更优异。以[EMIm]CF3SO3离子液体为电解液,CS-C-1为活性材料,组装对称的SC,电压窗口达到了3.5 V,获得了最高为69.0 Wh kg-1的高能量密度,获得的最大功率密度为6775 Wkg-1,验证了离子液体在SC有很好的应用前景。
其他文献
黄曲霉毒素是由黄曲霉和寄生曲霉产生的有毒代谢产物。它可通过食物链进入动物体和人体内,具有蓄积毒性,尤其是肝脏蓄积毒性。长期食用含有黄曲霉毒素的食物,会引起肝损伤和
离心压气机由于结构简单,单级压比高,稳定性好等优点被广泛应用于航空、航天和能源领域。随着技术进步和产品高性能需求,单级压比越来越高,叶轮出口绝对马赫数也越来越高。由
以课题组在提出的基于PBL剪力连接件新型连接件——新型开孔加劲肋套箍剪力联结构造(Perfobond Hoop,简写为PBH)为研究对象,在国家自然科学基金项目“钢箱-砼组合结构PBH剪力
新的丰中子核的产生是目前原子核物理研究的热点领域之一,多核子转移反应是生成丰中子核的重要方法。本文采用量子分子动力学(quantum molecular dynamics:QMD)模型对多核子转
吉尔吉斯斯坦国土辽阔,当地畜牧业及农业发达,自然发酵乳制品是吉尔吉斯斯坦居民饮食结构中最为重要的组成部分。自然发酵乳制品中蕴含着丰富的乳酸菌资源,被公认为是可食用
随着中国城镇化的迅速发展,人们对交通通行效率的追求从未止步。近年来我国对城市交通管控、交通信息服务、车联网等智慧交通相关研究方向上投入了巨大的人才储备和经费支持
本论文旨在以砾岩油藏为目标原油,以聚合物/表面活性剂为驱油剂,研究其在驱油开采过程中的乳化性能。通过对现场采出原油乳状液的研究,制备原油模拟乳状液,通过对乳状液粒度
自2003年三峡水库蓄水后,库区主要支流相继暴发不同程度的水华。众所周知,水华暴发主要受气象条件、水流、水温、营养盐以及光照的影响。为分析典型气象过程对香溪河水温及水
相变描述的是物理系统中相的转化的过程,而不仅仅存在宏观领域下的热力学相变,在微观领域下也存在着在临界点附近有着特殊性质的临界现象的量子相变。量子相变通常只会发生在
轴流导叶式分离器凭借良好的分离效率、较低的压力损失、占用空间小、便于维修等优势,在工业领域中有着重要的应用。本文通过数值模拟与试验相结合的方法探究了轴流式脱气器