【摘 要】
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随着能源短缺与环境污染问题的日益突出,风能、太阳能等可再生资源受到大力开发,在世界能源体系中占据的比例逐渐增长,对性能优异的能源转换与能源存储设备的需求大大增加。
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随着能源短缺与环境污染问题的日益突出,风能、太阳能等可再生资源受到大力开发,在世界能源体系中占据的比例逐渐增长,对性能优异的能源转换与能源存储设备的需求大大增加。超级电容器是一种介于电介质电容器和二次电池之间的储能器件,兼具两者优势,被认为是能够满足人类可持续发展需求的有前途的发展方向。电极材料是超级电容器的核心,对其的性能有至关重要的影响。因此,设计并制备高性能的电极活性物质,是超级电容器研究领域的重点。活性炭具有稳定的物化性质、发达的孔隙结构和高的比表面积,是应用最广泛,商业化程度最高的碳基超级电容器电极活性物质,具有广阔的发展前景。通过对活性炭孔结构和表面化学性质的设计和调整,制备具有分级孔结构的双掺杂活性炭材料对于高性能碳基超级电容器的开发有重要的意义。本论文以构筑高性能的碳基超级电容器电极材料为目的。以聚噻吩为硫源,采用热致相分离法制备的聚合物复合多孔材料为前驱体,构筑一系列具有分级孔结构的双掺杂活性炭材料。并运用多种表征测试方法对材料的微观形貌、孔结构特征、表面化学性质及其电化学性能进行研究,并对其储能机理进行了探讨。具体工作内容如下:(1)以聚甲基丙烯酸甲酯为聚合物多孔骨架材料,通过热致相分离法制备聚甲基丙烯酸甲酯/聚噻吩复合多孔材料,并碳化得到具有分级多孔结构和超高硫、氧元素含量的双掺杂活性炭材料。通过对制备过程中活化温度、KOH浸渍比的调整,制备出具有较高的比表面积(1120-1610 m2 g-1)、分级多孔结构以及高的杂原子含量的活性炭材料。700℃,KOH浸渍比为3的条件下制备的样品具有较高的比表面积(1610 m2 g-1)和丰富硫、氧元素含量(分别为10.63%和9.33%),展现出优异的比电容性能(电流密度为0.5 A g-1,比电容高达290 F g-1),是一种具有良好比电容性能的活性炭电极材料。(2)采用聚丙烯腈为分散介质和氮源,通过热致相分离法制备聚丙烯腈/聚噻吩复合多孔材料,并将其作为前驱体制备具有分级多孔结构的氮、硫双掺杂活性炭材料。通过改变活化温度和KOH浸渍比对材料的形貌结果进行调整,制备的活性炭材料展现出较高的比表面积(1570-2550 m2 g-1)和发达的分级孔结构以及丰富的氮、硫元素含量。在700℃,KOH浸渍比为1的条件下制备的样品具有高的比表面积和微孔率。在三电极体系中展现出优异的电化学性,当电流密度为0.5 A g-1时,比电容高达345 F g-1;电流密度为20 A g-1时,比电容保持在229 F g-1,是一种良好的活性炭电极材料,具有潜在的应用价值。
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