活性炭电极材料的制备及其在超级电容器中的应用研究

摘要

超级电容器作为一种新型的电能储存设备，因具有能量密度高、循环寿命长、稳定性好和快速充/放电等特点而引起人们的强烈关注，其性能主要受电极材料的制约。碳材料是应用最早的超级电容器电极材料。研究表明，掺氮可增加碳材料表面的浸润性和吸附性，促进碳表面的电化学反应，从而增加材料导电率，是提高碳材料电化学性能的有效方法之一。因此，我们选用绿色、环保且廉价的碳前驱体作为原料，通过简单的化学活化法制得多孔活性炭材料，将其用于超级电容器，并对所制备材料的形貌、结构及电化学性能等进行了详细的表征测试。主要内容如下：
　　1、以医用脱脂棉(MAC)为碳源，ZnCl2作活化剂，采用化学活化法制备了棉花基活性炭材料(CACs)。通过筛选炭化温度和活化比，当炭化温度为900℃，活化比(MAC/ZnCl2)为1:2时，所制备的活性炭CAC2样品的比表面积高达2548.6 m2 g-1。作为电极材料，CAC2在以2 M KOH为电解液的三电极体系中，其比电容在电流密度为0.5 A g-1下为239 F g-1。同时，在0.5 M Na2SO4电解液组成的两电极体系中，当电位窗口范围为0-1.8 V时，对称电池CAC2//CAC2的能量密度可达13.75 Wh kg-1，且能保持良好的稳定性（经5000次充/放电循环测试后，比电容减少7％）。
　　2、采用ZnCl2活化法制备了油渣基氮掺杂活性炭材料(N-RCs)。通过控制活化比来改善材料的表面特性，在最佳的活化比（油渣/ZnCl2=1:2）下，所制备的最优样N-RC2有较大的比表面积和孔体积。作为电极材料，N-RC2在以6 M KOH为电解液的三电极体系中其比电容为250 F g-1。此外，两电极测试结果表明，对称电池N-RC2//N-RC2的能量密度可达13.55 Wh kg-1，且循环稳定性较好（经5000次充/放电循环测试后，对称电池的比电容保留率为92.8%）。
　　3、选用大豆分离蛋白作为含氮前驱体，ZnCl2作活化剂，直接炭化制备氮掺杂活性炭材料(N-PACs)。其中，N-PAC-2样品中的氮含量可高达10.92 wt%，且材料表面疏松多孔。三电极测试结果表明，在0.5 A g-1电流密度下，N-PAC-2电极的比电容为216 F g-1。同时，在0.5 M Na2SO4电解液组成的两电极体系中，当电位窗口范围为0-1.8 V时，N-PAC-2//N-PAC-2对称电池的能量密度为13.95 Wh kg-1。此外，经5000次充/放电循环测试后，对称电池的比电容保留率为93%，表现出优异的循环稳定性。

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西北师范大学研究生学位论文作者信息

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 超级电容器的概述

1.3 超级电容器电极材料

1.4 本论文的选题依据、研究思路和主要内容

参考文献

第二章 棉花基活性炭超级电容器电极材料的制备及其性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

参考文献

第三章 油渣基氮掺杂活性炭超级电容器电极材料的制备及其性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

参考文献

第四章 超高氮掺杂活性炭电极材料的制备及其在超级电容器中的应用研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

参考文献

硕士期间发表论文

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