活性炭比表面积与孔隙结构对双电层电容特性的影响

摘要

超级电容器作为一种新型储能元件，兼有传统物理电容器功率密度大和充电电池能量密度高的优点，近年来已经成为国内外能源领域的研究热点之一。电极材料是决定超级电容器性能的重要因素，碳材料具有成本低、比表面积大、电化学性能稳定等特征，一直是首选的电极材料。 本研究以实验室自制14种比表面积范围为548～1932㎡.g-1的活性炭为电极材料，以1mol·L-1 H2SO4溶液为电解液，采用静滴接触角测量仪测定活性炭的润湿性能，用循环伏安和恒流充放电等方法研究了模拟电容器的比电容、能量密度、内阻和漏电流等特性。 为保证所制模拟电容器的稳定性和测试结果重现性，进行了电容器制作工艺的研究，最终选用的不锈钢模型具有装配简单、重复性好等特点。 结果表明，炭电极B7、B11、B12润湿时间在10 s以内，其余的炭电极润湿时间范围为2～1900 min。在10 mV·s-1的扫描速率下，炭电极B14具有良好的稳定性和可逆性，循环伏安曲线呈现出近似矩形，表现为典型的双电层电容特性。在17 mA的恒电流下，对14种模拟电容器进行了充放电测试，得到的比电容为42～167 F·g-1，能量密度为4.73～18.79Wh·kg-1，其中C14的比电容高达167 F·g-1，能量密度为18.79 Wh·kg-2，内阻为0.91Ω，漏电流仅0.48 mA，C4的循环寿命达8000次，说明本实验室自制的活性炭适合用作电容器电极材料。 研究发现电容器比电容随活性炭比表面积和孔容增大而增大；活性炭灰分含量越高，所制得的双电层电容器比电容越小。 通过酸洗的方法提高了As11的比表面积，Cs11的比电容显著提高，由67 F·g-1增至110 F·g-1，增幅高达64％，内阻由2.43Ω减至1.93Ω。 分别采用850℃和950℃对活性炭A13进行热处理，活性炭比表面积略有降低，对应的EDLC比电容也相应减小，充放电曲线和循环伏安曲线显现出更典型的双电层电容特性。

目录

文摘

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前 言

第一章 文献综述

1.1超级电容器概述

1.1.1超级电容器的发展

1.1.2超级电容器的分类

1.1.3超级电容器的特点和用途

1.2超级电容器的工作原理

1.2.1双电层电容器的工作原理

1.2.2电化学电容器的工作原理

1.3国内外研究现状

1.3.1电极材料研究进展

1.3.2电解质的研究概况

1.4选题目的、意义及主要工作

第二章 实验装置及分析测试方法

2.1主要试剂与仪器

2.2测试方法及原理

2.2.1润湿性测试

2.2.2循环伏安测试

2.2.3恒流充放电测试

2.2.4活性炭性能测试与表征

2.3 本章小结

第三章 双电层电容器电化学性能研究

3.1活性炭的制备及表征

3.2双电层电容器的研制

3.2.1活性炭膜片的制备

3.2.2活性炭电极的制备

3.2.3双电层电容器的结构及组装

3.3双电层电容器电化学性能研究

3.3.1活性炭电极的润湿性能研究

3.3.2双电层电容器循环伏安性能研究

3.3.3双电层电容器充放电性能研究

3.4活性炭比表面积和孔隙分布对双电层电容特性的影响

3.4.1活性炭比表面积对双电层电容特性的影响

3.4.2活性炭孔隙分布对双电层电容特性的影响

3.5试验重现性

3.6本章小结

第四章 活性炭脱灰和热处理对双电层电容性能的影响

4.1引言

4.2活性炭灰分含量对双电层电容特性的影响

4.3酸洗脱灰对活性炭电容特性的影响

4.3.1酸洗脱灰方法

4.3.2活性炭酸洗脱灰对双电层电容特性的影响

4.4热处理的影响

4.4.1热处理方法

4.4.2热处理对活性炭双电层电容特性的影响

4.5本章小结

第五章 结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

致谢

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