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高比表面积活性炭制备及其超级电容器应用探讨

作者:完美论文网  来源:www.wmlunwen.com  发布时间:2021/3/5 15:31:06  

论文摘要:超级电容器具有安全性高、充放电速度快和寿命极长的优势,正逐渐成为社会生活中必要的一种储能设备。超级电容器相对于离子电池能量密度较低是致命的缺陷,因此研究电极材料提高超级电容器比容量,有利于推进超级电容器商业化进程。活性炭(AC)是双电层超级电容器(EDLCs)最常用电极材料之一,提高AC的微孔比表面积可以提高EDLCs的质量比容量和体积比容量,适中的微中孔比例可以提高器件的倍率性能,因此高比表面积的AC制备显得尤为重要,活化作为提高AC比表面积的重要手段,探究活化对AC内部结构影响,对制备不同领域需要的AC具有重要指导意义,对AC生产工艺具有指导作用。

基于上述背景,本论文致力讨论活化对AC内部结构的影响,制备高比表面积AC作为EDLCs电极材料,研究AC电化学性能。通过制备葡萄糖水热碳球,经碳化,形成稳定的原始碳球,空气活化不改变碳球内部的结构,使碳球直径变小,制备的比表面积较低;CO2 活化碳球,碳球内部结构发生改变,碳球直径不变,在活化温度为950 ℃,制备的CO2-6具有分级多孔结构,具有约3300 m2 g-1的超高比表面积,其中微孔比表面积达2500 m2 g-1,中孔比表面积约800 m2 g-1,用于电极材料制备EDLCs,1 M MeEt3NBF4的乙腈溶液为电解液,在扫速为100 mV s-1,质量比容量为165 F g-1。另外探讨不同碳化温度的碳球,经KOH活化后内部结构的变化,发现400 ℃碳化碳球,经KOH活化,形成块体结构且石墨微晶层间距增加。随KOH比例的增加,碳球的比表面积增加,在活化比例为1:5.5时,制备的AC比表面积为3034 m2 g-1,微孔比表面积为1526 m2 g-1。经800 ℃碳化碳球,碳球结构稳定,经KOH活化,碳球形貌不发生变化,碳球内部石墨微晶更加无序。改变KOH活化比例,在活化比例为1:10时,所得AC比表面积高达3387 m2 g-1,并作为EDLCs电极材料,具有较高的容量和倍率性能,在高电流密度10 A g-1下获得放电容量159 F g-1,CV曲线在200 mV s-1仍能维持很好的矩形。还以豆粕作为制备AC原料,600 ℃碳化活化,活化比例为4:1,可制备高微孔的AC材料。KOH-CO2复合活化制备的AC,随着活化损失量增加,微孔转化为中孔,当损失量为58%制备的AC比表面积达2700 m2 g-1,作为EDLCs电极材料,具有较高的容量和倍率性能,扫速为50 mV s-1,质量比容量达168 F g-1,在电流密度为0.5 A g-1,放电电容达到160 F g-1。

论文关键词:活性炭;物理活化;KOH活化;超级电容器

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