【摘 要】
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超级电容器作为一种区别于电池和电容器的新型储能器件,因其具有较高的功率密度、能量密度和稳定的循环能力等优点,常被应用于储能系统领域,如汽车产业、航天航空、通信通讯等。为进一步提高煤炭的利用率和附加值,因此设计并制备高性能、低成本煤基电极材料具有重要意义。本论文使用七台河烟煤为原料,通过预处理和碱活法制备了煤基碳材料,并通过调整制备条件和掺杂工艺调控煤基碳材料的孔隙结构与化学组成。通过SEM和BET
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超级电容器作为一种区别于电池和电容器的新型储能器件,因其具有较高的功率密度、能量密度和稳定的循环能力等优点,常被应用于储能系统领域,如汽车产业、航天航空、通信通讯等。为进一步提高煤炭的利用率和附加值,因此设计并制备高性能、低成本煤基电极材料具有重要意义。本论文使用七台河烟煤为原料,通过预处理和碱活法制备了煤基碳材料,并通过调整制备条件和掺杂工艺调控煤基碳材料的孔隙结构与化学组成。通过SEM和BET的表征分析方法,观察样品的表面形貌并分析其孔隙结构参数;测试不同制备条件的煤基负极材料的电化学性能,测试组成的对称型超级电容器的储能性能并评估其应用潜力。主要研究内容如下:（1）不同煤基负极材料的孔隙结构调控及性能研究。热解温度为750～950℃的样品比表面积范围为2228～2504 m~2·g-1;热解时间为2～4 h的样品比表面积范围为2461～3113m~2·g-1;碳碱比例为1:3～1:5的样品比表面积范围为2583～3355 m~2·g-1。CAC-1:4的电化学性能较优,在1 A·g-1电流密度下,其比电容为193.6 F·g-1,当电流密度增大至120 A·g-1,其比电容仍可达到150.3 F·g-1,比电容保持率为77.6%。（2）不同掺杂工艺的煤基负极材料的孔隙结构调控及性能研究。使用不同掺杂剂可使样品孔隙结构和杂原子掺杂量发生变化,使用三聚氰胺为氮源的样品的电化学性能较优;采用不同掺杂顺序可使样品的孔隙结构发生变化,先进行杂原子掺杂再进行活化的样品电化学性能较优,在1 A·g-1电流密度下,CAC-NC的比电容为220.2 F·g-1。通过化学表征分析可知,其表面存在含氮官能团（N-5、N-6、N-Q）。（3）测试了CAC-NC//CAC-NC的电化学性能和储能性能,在10 A·g-1电流密度下,其功率密度和能量密度分别为499.3 W·kg-1和7.6 Wh·kg-1,且经过10000次充-放电循环后,其初始比电容保持率为87.6%。
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