针状焦基活性炭用作电化学电容器电极材料的研究

摘要

电化学电容器(简称EC)能够快速充放电而且寿命长，被认为是介于二次电池和电容器之间的一种新型能源器件。它的电容量大，漏电流小，电压记忆性好，充放电简单而且循环次数多。电极材料是决定电化学电容器性能的主要因素之一。炭电极由于具有高的电导率，表面积分布范围宽，扩散内阻小，高温下的稳定性能较好，孔结构易于控制，与其它材料的复合和兼容性能较好，成本低廉等特点，是优良的电化学电容器电极材料。 本文首先讨论了以针状焦为原料，采用炭化.活化法制备电化学电容器活性炭电极材料的可能性，系统研究了炭化温度对所制备的活性炭结构和电容性能的影响。先700℃炭化后700℃活化所得的针状焦基活性炭(AC7)比表面积为553.2m2/g，用其组装的有机系电化学电容器具有比较高的容量和良好的循环性能。AC7的质量比电容从50mA/g时的150.2F/g衰减到200mA/g时的136.0F/g，仅衰减了9.45％，表现出了良好的电容特性和倍率特性，同时从交流阻抗测试看AC7的内阻所制备材料中也是最小。 采用直接活化的方法制备电化学电容器针状焦基活性炭电极材料，活化剂的不同对制备的活性炭的性质影响很大。如采用NaOH为活化剂的NAC7的比表面积为869.73m2/g，中孔率为32.56％，而以KOH为活化剂的KAC7比表面积为1570.39m2/g，中孔率为10.42％。用两种活性炭做电极材料制备成有机系电化学电容器，NAC7的电容特性要好于KAC7。NAC7拥有良好的循环性能，在不同的充放电密度下，容量变化相比KAC7很小。另外根据实验NAC7在800mA/g电流密度下循环5000次，容量仅仅减少了9.1％。 将直接活化法的产物NAC7和KAC7与炭化.活化法的产物AC7作比较，经过循环伏安曲线、交流阻抗和恒流充放电等方面的对比，结果发现NAC7的性能最为优越，AC7在循环伏安曲线、交流阻抗方面强于KAC7，在恒流充放电测试上与KAC7相差不大。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

第一章文献综述

1.1电化学电容器的基本概述

1.1.1电化学电容器的分类

1.1.2电化学电容器的特点

1.1.3电化学电容器的工作原理

1.1.4电化学电容器的结构

1.2炭基电化学电容器比电容影响因素

1.2.1比表面积

1.2.2孔分布

1.2.3表面官能团

1.2.4炭材料中石墨微晶的取向

1.2.5电极厚度

1.2.6附加准法拉第反应的准电容

1.3电化学电容器电解液体系

1.3.1水溶液体系

1.3.2有机电解液体系

1.4多孔炭材料制备概述

1.4.1物理活化法

1.4.2化学活化法

1.5本研究的选题思想和研究内容

第二章实验部分

2.1原料和试剂

2.1.1原料的来源

2.1.2化学试剂

2.2主要实验仪器和设备

2.3炭材料的制备

2.3.1炭化

2.3.2化学活化

2.4结构表征手段

2.4.1比表面积和孔结构

2.4.2扫描电子显微镜(SEM)观察

2.5炭电极的制备及电容器的组装

2.5.1炭电极的制备

2.5.2电化学电容器的结构及组装

2.6电容器电化学性能测试

2.6.1恒电流充放电实验

2.6.2循环伏安实验

2.6.3交流阻抗

第三章炭化-活化法制备针状焦基多孔炭电极材料

3.1针状焦前驱体的性质

3.2活性炭的制备及样品的表观形貌

3.2.1多孔炭的制备

3.2.2制备机理及样品的表观形貌

3.2.3活性炭孔结构分析

3.3针状焦基多孔炭有机系电容性能

3.3.1扣式电容器的组装

3.3.2循环伏安测试

3.3.3交流阻抗

3.3.4恒电流充放电性能

3.3.5 AC8结构与电容性能分析

3.4针状焦基多孔炭水系电容性能

3.4.1扣式电容器的组装

3.4.2恒电流充放电性能

3.5本章小结

第四章直接活化法制备针状焦基多孔炭电极材料

4.1活性炭的制备及样品的表观形貌

4.1.1多孔炭的制备

4.1.2制备机理及样品的表观形貌

4.1.3活性炭孔结构分析

4.2针状焦基多孔炭有机系电容性能

4.2.1扣式电容器的组装

4.2.2循环伏安测试

4.2.3交流阻抗

4.2.4恒电流充放电性能

4.3两种制备方法的比较

4.3.1循环伏安测试

4.3.2交流阻抗测试

4.3.3恒电流充放电性能

4.4本章小结

第五章结论

5.1论文主要结论

5.2对进一步研究的建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢