脲醛树脂基炭用作电化学电容器电极材料的研究

摘要

电化学电容器是一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件，它的比能量性能优于传统电容器，比功率性能优于二次电池。电极材料的性质直接决定着电化学电容器的电化学性能，因此研究开发具有商业应用潜力的高性能电极材料一直是近年来该领域研究者们关注的研究热点。
　　论文通过调整脲醛摩尔比例控制脲醛树脂微球的合成，并且通过炭化和物理活化方法优化其孔结构制备脲醛树脂基炭及活性炭微球，将其作为电化学电容器炭电极材料考察其电化学性能。综合运用了低温氮气吸附、扫描电子显微镜（SEM），透射电子显微镜（TEM），X射线衍射（XRD），X射线光电子能谱（XPS），元素分析等技术手段对所制备的脲醛树脂基炭材料以及活性炭材料的结构及其物理化学性质等进行系统的分析和表征，通过恒流充放电、循环伏安等方法研究了脲醛树脂基炭和活性炭材料的电化学性能。探讨了脲醛树脂基炭电极材料的孔道结构对其电化学性能的影响。主要研究结果如下：
　　采用甲酸作为催化剂，以尿素和甲醛为原料，通过控制脲醛摩尔比例制备得到具有不同孔结构的脲醛树脂微球，并进一步炭化处理得到具有发达中孔和高比表面积的脲醛树脂基炭微球。系统考察了脲醛摩尔比例对于所制备脲醛树脂基炭微球的孔道结构、表面性质以及电容性能、大功率性能的影响。在较优的脲醛摩尔比例1:0.4下制备的脲醛树脂基炭微球具有609m2/g的比表面积，孔容达到了1.15cm3/g，其在30wt％KOH水溶液中50mA/g的充放电电流密度下具有205F/g的放电比电容，并且具有良好的循环性能。
　　目前以脲醛树脂为前驱体制备活性炭材料还未见报道，本论文提出通过物理活化方法，以温和的二氧化碳为活化剂制备得到了脲醛树脂基活性炭微球，考察了不同的活化时间对于其孔道结构和电化学性能的影响。研究表明，脲醛摩尔比例为1:1.6，活化时间为4h的脲醛树脂基活性炭微球的比表面积超过1700m2/g，其在30wt%KOH水溶液中的比电容为255F/g。

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第一章 文献综述

1.1电化学电容器简介

1.2电化学电容器的工作原理

1.3高分子基炭材料及其用作电化学电容器电极材料的研究进展

1.4电化学电容器的应用及发展前景

1.5本论文的选题思想和研究内容

第二章 实验部分

2.1原料试剂与实验仪器设备

2.2材料制备方法

2.3炭质前驱体及多孔炭材料的表征方法

2.4电化学电容器组装及其电化学性能测试分析

第三章 不同脲醛摩尔比对脲醛树脂微球表面形貌及其内部孔结构的影响

3.1前言

3.2结果与讨论

3.3本章小结

第四章 脲醛树脂基炭微球及其电化学电容器储能行为

4.1前言

4.3本章小结

第五章 CO2活化脲醛树脂基炭微球用作电化学电容器电极材料

5.1前言

5.2结果与讨论

5.3本章小结

第六章 结论

6.1论文主要结论

6.2对进一步研究的建议

参考文献

发表论文情况说明

致谢