超级电容器作为出色的储能系统,具有许多吸引人的功能,例如高功率密度,快速的充放电过程,长循环寿命和低制造成本。通常,碳被用作超级电容器的电极材料,碳质材料在超级电容器领域的独特性是指其优异的特性,例如宽广的表面积,理想的导电性能,长期的电化学稳定性以及低的制造成本。通常,多孔碳的结构性质对其电化学性能起着非常重要的作用,特别是表面积和微孔率是它们与电解质离子相互作用的主要关键,并且这些特征与所选碳源显著相关。近年来,由电正性元素(金属)和有机配体的组合构成的金属有机骨架(MOF)被广泛用作高度有序的多孔碳材料的自源/模板。通常,MOF具有作为多孔碳前体的理想优势,例如高度有序的多孔结构,较大的表面积以及形态均匀的材料。而且,通常通过活化过程来改善碳的结构性质以提供高的电化学活性。在当前的研究工作中,MOF的不同前体已被用于通过简单的碳化过程与通过酸溶解和活化消除金属成分相结合的方法来制造多孔碳材料。进一步优化了多孔碳材料的合成条件,它们在增强其电化学性能方面起着重要作用。最后,通过不同的表征技术对多孔碳的结构性能进行了深入研究,并通过循环伏安法(CV),恒电流充放电试验(GCD),电化学阻抗谱(EIS)等重要技术研究了电极的电化学性能。主要研究内容如下:1.本章提出了一种新颖的活性多孔碳(APC1),其衍生自基于锌的金属有机骨架作为来源和模板。所得的APC1具有均匀独特的球形形态,平均尺寸为3-5 μm,比表面积最大为2,315 m2g-1。具有优异的介孔结构的活性多孔碳在6M KOH溶液的三电极系统中表现出较高的电化学性能。在1 A g-1的电流密度下可提供325 F g-1的高比电容和功率密度,并在50 A g-1的超高电流密度下经过150,000次循环后的衰减率为1.21%。此外,当功率密度分别为188和5622 W kg-1时,APC1对称设备提供了 12.15和9.48 Wh kg-1的高能量密度。因此,本研究表明,作为高性能超级电容器应用的低成本高效电极材料,所制备的活性多孔碳是有希望的候选者。2.活性碳多孔(APC2)作为超级电容器电极是通过含氟的金属有机骨架通过简便的碳化和KOH活化处理合成的。使用在6 M KOH电解质中的三电极设置,通过CV,EIS和GCD测量进一步评估APC2电极的电化学行为。该电极在1和100 A g-1的电流密度下分别提供540.8和453.4 F g-1的比电容,即使在50 A g-1的条件下,经过150,000次循环,其卓越的电容保持率为97.7%,显示出卓越的电容速率能力。此外,在实际应用中,组装的对称APC2电池在182 W kg-1的功率密度下可提供19 Wh kg-1的能量密度,可实现大规模应用。这项工作为合成用于高性能储能装置的高效多孔碳提出了一条潜在途径。3.本章引入了一种高活性的多孔碳(APC3),它是基于镁基金属有机骨架的有效前体。制成的APC3具有规则的球形形状,平均尺寸为1-6 μm,比表面积为2,175 m2g-1。调整后的介孔结构的APC3使用三电极配置和6 M KOH电解质显示出出色的电化学效率。APC3电极在1 A g-1的电流密度下提供了362.5 F g-1的比电容。此外,在50 A g-1的高负载电流密度下,经过15万次循环,APC3电极仍保持初始比电容的94.2%。此外,当功率密度为188 W kg-1时,APC3对称电池提供了7.99Wh kg-1的良好能量密度。因此,本研究表明,制成的APC3有望作为高性能超级电容器应用的高效电极材料。4.从镁氟化金属-有机骨架的前驱体获得了作为电极活性材料的活性多孔碳(APC4)。所得的APC4材料显示出调整后的介孔结构,具有3,247 m2g-1的巨大表面积。通过在6 M KOH电解质中的三电极配置进一步研究了组装好的APC4电极的电化学性能。制成的电极在1 A g-1的电流密度下显示出368 F g-1的高比电容,在50 A g-1的条件下经过15万次循环后,电容保持率高达96.25%,显示出其高电化学性能。此后,对于实际的超级电容器应用,所设计的APC4对称设备以187.5 W kg-1的功率密度提供了 8.67 Wh kg-1的功率,这表明APC4在大规模应用中具有良好的性能。关于这些观察,APC4可以被认为是高性能储能系统的理想选择。