胜利褐煤基活性炭的制备及在双电层电容器中的应用研究

摘要

本论文以胜利褐煤为原料，KOH为活化剂，采用炭化活化法和 HNO3表面氧化改性法制备活性炭，采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、N2等温吸脱附、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等表征活性炭结构及表面性质。将所制备活性炭用于双电层电容器（EDLC）的电极材料，通过恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等方法测试活性炭电极的电化学性能。重点考察了活性炭制备条件和HNO3表面氧化改性对胜利褐煤基活性炭比表面积、孔结构及其电化学性能的影响。
　　电化学性能测试表明，不同制备条件下的活性炭电极在6mol L-1 KOH电解液中具有良好的充放电性能，且KOH体系下的比电容高于有机体系下的比电容。结果发现，增大活性炭的表面积可以提高活性炭电极的比电容，但两者不是简单的线性关系。比电容随着电流密度的增大呈现出不同程度的衰减，并且在高电流密度下具有较高的比电容保持率，表现出较好的大电流放电特性。经700℃炭化，800℃活化2h(KOH/样品为4)制备的活性炭AC-K-4的比表面积为2550m2 g-1，孔容为1.24cm3 g-1，比电容在电流密度是40mA g-1时达到213F g-1，200mA g-1时保持在175F g-1。并且，该电极具有良好的循环稳定性，充放电循环1000次后，充放电效率保持在96%左右，表明制备的胜利褐煤基活性炭是EDLC适宜的电极材料。对活性炭进行HNO3氧化改性，活性炭的比表面积和孔容有所降低，但增加了活性炭表面的含氧官能团，其中羟基和羧基含量增加最为明显。结果表明，60%HNO3改性的活性炭电极AC-K-4在40mA g-1时的比电容增加到245F g-1，且活性炭表面引入的含氧官能团使其的润湿性有所增加，电荷迁移电阻和漏电流有所降低，进而提高了活性炭电极的能量密度。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.2 电化学电容器概述（Summary of Electrocapacitors）

1.3 双电层电容器概述（Summary of EDLC）

1.4 双电层电容器常用电极材料（Electrode Materials for EDLC）

1.5 活性炭的研究进展（Research on Activated Carbon）

1.6 课题研究意义和内容（Significance and Content of Research）

2 实验

2.4 活性炭的表征（Characterization of Activated Carbon）

2.5 活性炭电极的制备及其电化学性能测试（ Preparation of Activated Carbon Electrode and Electrochemical Performance Analysis）

3 不同制备条件对活性炭性能的影响

3.3 活性炭的SEM分析（SEM Anaysis of Activated Carbon）

3.5 不同制备条件下活性炭的比表面积和孔结构（ Specific Surface Area and Pore Structure of Activated Carbon under different Preparation Conditions）

3.6 本章小结（Summary）

4 不同制备条件下活性炭电极的电化学性能

4.1恒流充放电性能（Galvanostatic Charge-Discharge Performance）

4.2 循环伏安特性(Cyclic Voltammetry Characteristics)

4.3 交流阻抗特性(Electrochemical Impedance Spectroscopy)

4.4 循环性能及漏电流 (Cycle Performance and Leakage Current)

4.5 本章小结 (Summary)

5 HNO3氧化改性活性炭及其电化学性能

5.2 活性炭的表征（Characterization of Activated Carbon）

5.3 电化学性能测试(Electrochemical Performance Analysis)

5.4本章小结（Summary）

6 结论及创新点

参考文献

附录

作者简历

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