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为了提高超级电容器的性能,减少化石燃料带来的环境污染,人们相继开发了各类新型超级电容材料用于电动汽车等领域。碳材料作为一种典型的双电层电容器材料,其中生物质衍生活性炭以其原料来源广泛,生产成本低,比表面积大,和比电容高等优点在众多碳材料中脱颖而出。由于赝电容材料在充放电过程中具有氧化还原反应,因而可以提供比双电层电容更高的能量密度,其中双金属氢氧化物(LDHs)以其独特的结构和赝电容特性受到了越来越多的关注。本文在传统方法的基础上进行改进,制备了两种电极材料。首先以棉花为原材料,经粘胶掺杂法得到再生纤维素纤维,再经碳化、KOH活化得到棉花基多孔活性炭;随后使用络合沉淀法制备得到次磷酸阴离子插层的NiFe LDHs;最后将次磷酸插层水滑石和棉花基活性炭分别作为正极和负极组装成不对称电容器,进行了 一系列的物理化学表征和电化学测试。主要研究内容如下:(1)以棉花为原材料经粘胶掺杂法得到再生纤维素纤维,再进行碳化和KOH活化处理得到蜂窝状多孔活性炭。在研究过程中,通过对活化过程中的碱炭比、温度、时间等条件的优化,得出最佳的活化条件为:KOH:C=3:1、活化温度为700℃、活化时间为2h。在此基础上,通过在粘胶溶液中加入不同量的水玻璃,研究了生物质炭中硅元素对材料电化学性能的影响,发现在8 g棉花溶解得到的粘胶溶液中加入250 mg水玻璃时得到的样品具有最佳的电化学性能。相应的SEM测试表明,粘胶掺杂法得到的再生纤维素纤维比未处理的棉花纤维具有更粗糙多孔的表面,有利于下一步的活化处理。BET测试结果显示粘胶掺杂法得到的生物质活性炭RCFAC-250具有2781m2g-1的比表面积,1.24cm3g-1的孔体积,4.02 nm的平均孔径,均明显高于棉花直接碳化活化得到的样品CAC。电化学测试表明,该样品在电流密度1Ag-1和50Ag-1时,分别提供了 378和273 F g-1比电容,且经过20000次循环后电容的保持率为96%,具有良好的循环稳定性。在此基础上,组装得到的对称电容器在1 MNa2SO4电解液中,以753.3 W kg-1功率密度放电时,提供了高达18.4 Wh kg-1能量密度,且经过10000次循环后仍保持了 84.2%电容。类似地,该材料在有机溶剂为电解液扣式电容器试验中,在功率密度为297.5 Wkg-1时,能量密度高达23.1 Wh kg-1,并能持续点亮LED小灯泡10 min左右。(2)另一方面,论文以通过改变层板阳离子比例和层间插入次磷酸阴离子的络合沉淀法制备H2PO2-插层的NiFe LDHs(H2PO2-@NiFe LDHs)。优化实验发现,当投料时控制铁原子为15%,次磷酸阴离子浓度为0.48 mol L-1时得到的样品具有最好的电化学性能。XRD分析表明,H2PO2-插层扩大了层板的间距,提高了材料的结晶度,有利于充放电过程离子之间的交换。FT-IR测试表明,样品中含有H2PO2-的P-H键的伸缩振动,证明H2PO2-已成功插入层间。XPS分析得出,材料中Ni的化合价为+2价,由于在合成过程中部分二价铁被氧化成三价铁,因此样品呈现了+2和+3混合价态。样品在6MKOH电解液中进行三电极测试得出,电流密度1Ag-1时比电容为1703 F g-1,循环5000次后比电容保持率为72%。最后以棉花基活性炭RCFAC-250为负极,H2PO2-@NiFe LDHs为正极,组装的不对称电容器在功率密度785.15 Wkg-1时,其能量密度高达54.96 Wh kg-1。