球形活性炭的制备与电化学电容性能研究

摘要

电化学电容器具有功率密度高、循环寿命长、充放电迅速等特点，是介于传统静电电容器和二次电池之间的一种新型储能装置。近年来逐渐成为研究热点，但是其能量密度较低，这限制了电化学电容器的广泛应用。本文主要是制备耐电压的纳米门炭材料，采用不同浓度和离子尺寸的电解液，旨在提高超级电容器的能量密度和改善长循环稳定性。
　　采用中间相炭微球为前驱体，经过炭化和KOH活化法制备纳米门炭材料，在固定碱炭比和活化条件下，探究了炭化时间对纳米门炭材料结构和性能的影响，确定了最佳的炭化时间。考察了纳米门炭材料首次充电过程中的电化学活化行为、纳米门炭材料的耐高电压特性以及纳米门炭电极特殊的储能机理。
　　采用新型的四氟硼酸螺环季铵盐(SBPBF4)溶解在碳酸丙烯酯(PC)溶剂中，配制了浓度梯度的有机系电解液。与耐高电压的纳米门炭电极组装电容器，进行电化学性能的测试。电解液离子电导率随着电解液浓度的增加而增加，达到最大溶解度时趋于饱和并呈现降低的趋势。通过改变电解液浓度，提高充电电压，验证了电解液浓度较低时，高电压下出现电解液贫乏的效应，指出能量密度随着电解液浓度的增加而增加，电化学电容器的能量密度主要是依赖于工作电压和电解液的浓度。
　　采用三种阳离子尺寸不同的有机电解液TEMABF4/PC、SBPBF4/PC和EMIMBF4/PC，与纳米门炭材料组装电容器进行高电压下的循环测试。指出离子尺寸越大，电化学活化电位越高，越不容易进行插层储能，插层储能过程中类石墨微晶的膨胀越大，其循环稳定性较差。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 电化学电容器的概述

1．2．1 电化学电容器的发展

1．2．2 电化学电容器的分类

1．2．3 电化学电容器的工作原理

1．2．4 电化学电容器的性能特点

1．3 电化学电容器电极材料的研究

1．3．1 碳基材料

1．3．2 金属氧化物材料

1．3．3 导电聚合物材料

1．4 电化学电容器用电解液的研究进展

1．4．1 水系电解液

1．4．2 有机系电解液

1．4．3 离子液体

1．4．4 固体聚合物电解质

1．5 课题的提出及主要研究内容

第二章 实验部分

2．1 原料、试剂和设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 化学试剂

2．1．3 主要设备和仪器

2．2 极片的制备及模拟电容器的组装

2．2．1 极片的制备

2．2．2 模拟电容器的组装

2．3 材料的表征

2．3．1 X射线衍射(XRD)分析

2．3．2 扫描电镜(SEM)分析

2．3．3 比表面积和孔结构分析

2．4 电容器电化学性能测试

2．4．1 恒流充放电测试

2．4．2 循环伏安测试

2．4．3 交流阻抗测试

第三章 KOH活化MCMB的制备及电容特性

3．1 引言

3．2 活化中间相炭微球的制备

3．3 活化机理及样品的形貌特征

3．4 活化样品的炭层结构特征

3．5 活化样品的比表面积和孔结构分析

3．6 电化学性能分析

3．6．1 恒流充放电测试

3．6．2 耐电压特性测试

3．6．3 循环伏安测试

3．6．4 交流阻抗测试

3．7 小结

第四章 有机电解液浓度对纳米门炭电极电容性能的影响

4．1 引言

4．2 电解液的配制

4．3 电解液的离子电导率

4．4 电化学性能分析

4．4．1 恒流充放电测试

4．4．2 循环伏安测试

4．4．3 交流阻抗测试

4．4．4 理论和实际的能量密度

4．5 小结

第五章 纳米门炭电极在不同电解液中的电容特性

5．1 引言

5．2 电解液

5．2．1 电解液的结构

5．2．2 电解液的配制

5．3 电解液的离子电导率

5．4 电化学性能分析

5．4．1 电化学活化分析

5．4．2 循环性能分析

5．4．2 恒流充放电测试分析

5．5 小结

结论

参考文献

发表的论文和参与科研情况

致谢