酚醛树脂基氧化镁模板炭的制备及其在超级电容器中的应用

摘要

超级电容器，作为一种新型无维护储能元件，与电池相比，比功率更高、循环寿命更长，与普通电容器相比，可以提供更高的比能量。由于其优异的性能，超级电容器在电子、铁路、航空及军事等领域都有广泛的应用。超级电容器的性能在一定程度上是由电极材料的结构和性质决定的，因而对电极材料的研究一直是超级电容器研究的热点。理想的电容器电极材料除含有微孔之外，还应含有一定中孔结构，以实现电解质离子快速、有效的传输。
　　基于以上思想，本论文采用柠檬酸镁热解产生的MgO晶体为模板，分别以热塑性(PF(N))和热固性酚醛树脂(PF(R))为炭前驱体，制备中孔含量丰富的多孔炭材料，分别标记为MCPF(N)和MCPF(R)，并将其作为电极材料在水系电解液中组装成超级电容器。得出结论如下：
　　MCPF(N)系列炭材料中，MCPF(N)82的比表面积最大，为1920m2·g-1，MCPF(N)46的中孔率最高，达88.60％；MCPF(R)系列材料的比表面积和中孔率均小于MCPF(N)系列，MCPF(R)82的比表面积最大，为1722m2·g-1，MCPF(R)73的中孔率最高，达82.33%。结合N2吸脱附等温线及TEM照片推断出MCPF(N)系列多孔炭的孔结构为墨水瓶孔，而MCPF(R)孔结构为平行板形狭缝孔。
　　将所得多孔炭材料用做超级电容器的电极材料，采用30wt%KOH电解液，进行循环伏安和恒流充放电测试，发现两个体系炭材料在不同电流密度下的比电容都随材料比表面积的增大而增大。在50mA·g-1电流密度下，MCPF(N)82比电容为221F·g-1，MCPF(R)82为186.8F·g-1。两个炭材料体系的倍率特性均与相应的材料中孔率Smeso/Stotal的变化趋势相同，随着MgO与PF质量比的增大，而先增大后减小。MCPF(N)46和MCPF(R)73的电容保持率C1000/C50(电流密度分别为1000mA·g-1和50mA·g-1时的比电容之比)分别为98.3%和89.4%。

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前 言

第一章 文献综述

1.1多孔炭

1.2超级电容器

1.3多孔炭材料结构与超级电容器性能的关系

1.4论文选题的意义及主要研究内容

第二章 酚醛树脂基MgO模板炭的制备和表征方法

2.1实验原料、化学试剂及设备仪器

2.2 MgO模板炭的制备方法

2.3多孔炭材料的表征方法

2.4电容器组装及其电化学性能测试分析

第三章 MgO模板炭材料的制备研究

3.1引言

3.2实验原理及思路

3.3热塑性酚醛树脂与柠檬酸镁混合炭化过程分析

3.4热固性酚醛树脂与柠檬酸镁混合炭化过程分析

3.5本章小结

第四章 MgO模板炭的电化学性能研究

4.1引言

4.2恒电流充放电特性

4.3倍率性能测试

4.4循环稳定性测试

4.5循环伏安特性

4.6本章小结

第五章 结论和创新点及对今后工作的展望

5.1论文主要结论

5.2本论文的主要创新点

5.3对进一步研究的建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢