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高表面活性炭作为一种新型炭材料,具有发达的微孔和极大的比表面积,应用领域非常广泛。由于其具有比表面积大、比电容大、孔径分布窄、导电性好、化学稳定性高等优点,是制备双电层电容器的理想材料,可以充分发挥双电层电容器的功率密度高、电容量大、漏电流小、电压记忆性能好、充放电过程简单以及循环寿命长等特点,可广泛应用于移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等众多领域,目前尤为引人关注。
本文在前人研究的基础上,以石油焦为原料,采用中国石油大学(北京)发明的复合活化技术制备出的粉状高比表面活性炭制成的电极进行改性实验研究。主要实验结果包括酸洗作用对电极性能的影响、石油焦作为电极材料的筛选、负载金属前后电极性能的变化以及千法级超级电容器循环使用寿命等四方面。
1.研究了以几种石油焦为原料制备的高比表面活性炭所制成电极的主要参数,结果显示金山高硫焦的计算比电容量达到320F/g,积分比电容量也达到218F/g;同时考察了制备条件对活性炭电极性能的影响,结果表明最佳的制备条件为:活化比((m(KOH)/m(coke)):5:1,活化温度在700~800℃之间,活化时间为90min。
2.通过对高比表面活性炭电极材料的酸洗实验,得出酸沈处理可以提高电极的比电容量和降低比电阻的结论。实验确定了最佳酸洗用酸为磷酸,最佳的浓度配比为1moL/L。
3.探讨了金属硝酸盐改性对电极性能的影响,实验表明负载金属离子的电极的比电容升高。负载金属盐可以提高电极的比电容,降低比电阻。
4.对自行制备的超级电容器的循环使用寿命的实验研究表明,在经过50次循环充放电以后,电容器的比电容量可保持在1100F/g左右,比电容量下降不超过10%。