【摘 要】
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超级电容器具有充放电速率快,功率密度高、循环寿命长等优点,是一种很有前景的储能设备。廉价、高效电极材料的开发是提高超级电容器性能的关键。生物质是来源丰富、价格低廉、绿色可再生资源,因此,生物质基电极材料的开发,具有重要意义。生物质为原料制备的多孔碳材料具有导电性好、尺寸易调控、比表面积高及优异的电化学稳定性等优点。基于上述分析,本文以生物质为原料,通过制备工艺的优化和杂原子掺杂,旨在设计合成一种低
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超级电容器具有充放电速率快,功率密度高、循环寿命长等优点,是一种很有前景的储能设备。廉价、高效电极材料的开发是提高超级电容器性能的关键。生物质是来源丰富、价格低廉、绿色可再生资源,因此,生物质基电极材料的开发,具有重要意义。生物质为原料制备的多孔碳材料具有导电性好、尺寸易调控、比表面积高及优异的电化学稳定性等优点。基于上述分析,本文以生物质为原料,通过制备工艺的优化和杂原子掺杂,旨在设计合成一种低成本、具有优异性能的高效超级电容器电极材料,具体研究内容如下:（1）以椰壳炭为前驱体,通过简单的一步KOH活化方法制备了椰壳基分级多孔碳材料CSCK-T-x,研究了KOH/椰壳炭比例（x）和碳化温度（T,oC）对其结构和电化学性能的影响规律。结果表明,CSCK-800-2具有分级多孔结构,比表面积高达2143.6 m~2·g-1。其在电流密度为0.5 A·g-1时,比电容为317 F·g-1。在CSCK-800-2对称电容器测试中,功率密度为250 W·kg-1时,能量密度可达到13.5 Wh·kg-1。在5 A·g-1电流密度下经5000次充放电循环后,电容没有损失,稳定性好。（2）在研究椰壳基分级多孔碳材料的基础上,利用KOH活化与尿素氮掺杂耦合改性制备了椰壳炭衍生的氮掺杂多孔碳材料NCSCK-y（y=0.5、1和2,代表尿素与椰壳碳的质量比）。调节尿素掺杂量,探究尿素改性对NCSCK-y结构和电化学性能的影响规律。结果表明,在NCSCK-y中,NCSCK-1的比表面积最高(1964.4 m~2·g-1),且吡啶氮和吡咯氮含量最高（1.42%）,有利于提升其电化学性能。NCSCK-1在0.5 A·g-1时,比电容为394 F·g-1。基于NCSCK-1的对称超级电容器,在功率密度为258.6 W·kg-1时,可提供14.9 Wh·kg-1的能量密度。在5 A·g-1经5000次充放电循环后,电容保持率为99.7%。（3）以木质素磺酸钠为碳源和硫源,1,6己二胺为氮源和交联剂,经过水热聚合反应和化学活化,成功制备了性能优异的氮、硫共掺杂多孔碳材料（NSHPC-T）,并探究了活化温度T（oC）对其结构和电化学性能的影响。结果表明,活化温度为800 oC制备的NSHPC-800具有相互连通的孔隙结构且比表面积达到1959.9 m~2·g-1。在电流密度为0.5A·g-1时,NSHPC-800的比电容高达445.5 F·g-1。基于NSHPC-800的对称超级电容器,在功率密度为250 W·kg-1时,能够实现16.5 Wh·kg-1的能量密度。在5 A·g-1循环5000次后,电容保持率为98.0%。
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