【摘 要】
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超级电容器是能高效且安全存储风能、太阳能等清洁可持续能源的新型储能器件。海藻酸钠（SA）是一种海洋生物质材料,富含羟基和羧基,可与多价金属阳离子发生快速离子交换和交联配位,得到微观结构类似“蛋-壳”的水凝胶,进一步处理可制得多孔炭气凝胶材料及均匀负载金属氧化物的复合材料,是高性能电极材料重要候选。本文从材料微观结构调控的角度出发,以SA为基体制备三种超级电容器电极材料,主要成果如下:（1）利用SA
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（5197022046）；
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超级电容器是能高效且安全存储风能、太阳能等清洁可持续能源的新型储能器件。海藻酸钠（SA）是一种海洋生物质材料,富含羟基和羧基,可与多价金属阳离子发生快速离子交换和交联配位,得到微观结构类似“蛋-壳”的水凝胶,进一步处理可制得多孔炭气凝胶材料及均匀负载金属氧化物的复合材料,是高性能电极材料重要候选。本文从材料微观结构调控的角度出发,以SA为基体制备三种超级电容器电极材料,主要成果如下:（1）利用SA螯合特性,引入Zn2+交联成水凝胶,再经冷冻干燥、950℃炭化得到多孔炭气凝胶材料。Zn2+最终会变为蒸汽逸出,当Zn2+浓度为0.5 M时,材料孔结构丰富,比表面积达1261.9 m~2g-1,三电极体系中在0.5 A g-1下比电容为175.7 F g-1,以5 A g-1循环10000圈电容始终不发生衰减。（2）以SA为碳源、（NH4）2HPO4为氮源和磷源,通过共混、冷冻干燥、800℃炭化、酸洗制得氮/磷共掺杂炭气凝胶材料。当两者质量比为1:1时材料(NPCA1-1)具有最适宜氮掺杂量（6.8 at%）和磷掺杂量（4.9 at%）,NPCA1-1在0.5 A g-1下比电容为220 F g-1,以5 A g-1循环10000圈后电容可维持92.1%;对称电容器系统可在0-1.3 V宽电压窗口下可逆工作,在161 W kg-1下能量密度为9.1 Wh kg-1,以10 A g-1循环10000圈后电容可维持81.8%。（3）以SA和阿拉伯胶（GA）通过分子间氢键构建第一网络,以SA与Mn2+螯合交联构建第二网络,经冷冻干燥、炭化和氧化处理制得具有双网络结构的炭基Mn3O4复合材料,其含炭量更高、结构更稳固。氧化处理温度为300℃时所得材料（GA/SA@Mn3O4-300）在0.5 A g-1下比电容为338.4 F g-1,稳定性较好(以5 A g-1循环10000圈电容只损失9.5%)。（4）以NPCA1-1为负极、GA/SA@Mn3O4-300为正极组装非对称电容器,GA/SA@Mn3O4-300//NPCA1-1可在0-1.4 V宽电压窗口下可逆工作,在174 W kg-1下具有16.3 Wh kg-1高能量密度,以10 A g-1循环10000圈后电容能保留86.9%,储能和功率输出能力优异,具有一定的商用潜力。
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