炭材料的低温水热合成及其在超级电容器中的应用

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超级电容器是近年来出现的一种新型的能量存储与转换器件,具有功率密度大、循环寿命长、工作温度范围广、环境友好等优点,在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空国防等领域有着广阔的应用前景。根据储能原理,超级电容器可分为双电层电容和法拉第电容。电极材料是决定超级电容器性能的关键因素,当前研究的超级电容器电极材料主要包括炭材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料这三类。   本论文以葡萄糖为碳源,采用水热法,在低温高压条件下制得水热炭,并对其制备条件、形貌及电化学性能进行了测试分析。发现在反应温度为180℃,反应时间为16h,反应物浓度为0.1g/mL时,其碳化结果最为理想。此时产物颗粒可以达到纳米级,但由于该水热炭表面还含有大量疏水性的有机基团,使得其电化学性能并不理想。   接着本论文对该水热炭进行了KOH改性处理,改性后材料的比表面积提高了一百多倍,达到了629.7m2/g。通过对该改性炭在不同电解液下电化学性能的比较,发现其在酸性条件下性能最佳,0.1mol/L H2SO4溶液中1mV/s扫速下的比电容达到了246.2F/g。   另外本论文还用水热法对α-MnO2、a-MnO2、E-MnO2三类MnO2材料进行了水热碳包覆处理,发现E-MnO2材料经碳包覆后形成的C/E-MnO2材料颗粒分散均匀,电化学性能最为理想。且在其反应物中葡萄糖与E-MnO2质量比为1:3时,其电化学性能最佳,1mV/s扫速下比电容由包覆前的45 F/g增大到了119F/g,其循环性能也得到了极大的改善,10mV/s扫速下,5000个循环时达到最大值,8000个循环后,其比电容还保持有最高比电容的93.7%。通过草酸溶解MnO2的方法及热重分析法测得此时C/E-MnO2复合材料中MnO2的含量约为93.7%。
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