论文部分内容阅读
超级电容器是近年来迅速发展的一种新型的介于传统电容器和充电电池之间的能量存储装置，研究表明电极材料是其性能的决定性因素。其中，炭材料具有原料来源广泛、价格便宜、性能稳定、安全环保等优良特点，受到人们的高度关注。本论文以制备合理孔径结构、较高比表面积的多孔炭材料为目标，使其具备优异的倍率性能、长的循环寿命等良好的电化学性能。论文的主要研究内容如下：1.分别以利用木质素磺酸钙（简称木钙）、木质素磺酸镁（简称木镁）、柠檬酸钙为原料，采用直接炭化法在不同的炭化温度下制备多孔炭材料，然后进行电化学性能研究。在6.0mol L–1的KOH电解液中电化学测试表明，原料和炭化温度对炭材料电化学性能有重要的影响。以木质素磺酸盐为原料时，质量比电容大小顺序为800°C>700°C>600°C，而且以木钙为原料制备的炭材料的质量比电容大。以柠檬酸钙为原料时，质量比电容大小顺序为700°C>800°C>600°C。在1.0mA cm–2的电流密度下，以木钙为原料在800°C时制得的质量炭材料的比电容为182F g–1，以柠檬酸钙为原料在700°C时制得的炭材料的质量比电容为172F g–1。2.分别利用葡萄糖酸钙、硬脂酸钙为原料，在800°C氩气氛围下炭化制备多孔炭材料，然后进行电化学性能的研究。结果表明直接炭化葡萄糖酸钙和硬脂酸钙所制备的材料的质量比电容分别为89.8F g–1和25.1F g–1，电容性能较差。因此，将制得的炭材料用KOH活化，活化以后的多孔炭材料的质量比电容有较大的提高，分别达到163.4F g–1和83.3F g–1。3.利用商业苯甲酸钠为碳源，800°C直接炭化制备出炭材料，用作超级电容器材料，在6.0mol L–1KOH电解液中1A g–1的电流密度下质量比电容达到109.5F g–1，当电流密度增加到20A g–1只有45.7%质量比电容保留。为了进一步提高炭材料的性能，进而对该炭材料进行氮掺杂，将其与尿素按不同的质量比进行氮掺杂，在炭与尿素的质量比为1:20时，掺氮后的炭材料的电容性能最好，可达134F g–1。此外，实验还研究了在苯甲酸钠中加入不同质量的PEG-10000，来改善炭材料的性能，PEG-10000作为软模板。研究表明，在苯甲酸钠和PEG-10000的质量比为5:5时，所制备的炭材料的质量比电容为97.3F g–1，倍率性能有较大的提高，当电流密度由1A g–1增加到20A g–1时有72%质量比电容保留。4.利用PVC和Ca（OH）2为原料，其中Ca（OH）2作为脱氯剂，在不同的炭化温度和质量比的条件系制备出一系列的多孔炭材料，进行电化学性能研究。结果表明，在800°C炭化质量下比为1:4的PVC和Ca（OH）2的混合物制得的炭材料的电容性能最好，达到106F g–1。