生物质活性炭的制备及电化学电容性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:YFY2006
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超级电容器是一种能量密度和功率密度介于商用电池和传统电容器之间高效的能量储存器件。生物质活性炭用超级电容器电极材料通过高温裂解前驱体,接着以化学活化剂活化增加比表面积和产生最优化孔孔结构;使其具有较高比容量和比能量密度以及良好的循环稳定性。通过高温裂解五种具有代表性的茶渣,采用氢氧化钾活化制备了具有高比表面积的微孔茶渣活性炭。XPS和FT-IR谱图分析说明了茶渣活性炭中存在大量的含氧官能团,这些官能团有利提高电解液和电极表面的亲水性。通过循环伏安,恒流充放电和电化学阻抗谱表明茶渣活性炭具有良好的电化学电容性能;经过2000次充放电循环后呈现优异的稳定性,且库伦效率近似为1.0,即充电时间和放电时间近似相等。以高温裂解菠菜叶为前驱体,接着用氢氧化钾活化制备具有高比表面积的分级多孔活性炭。低温氮气吸脱附测试表明菠菜叶基活性炭由微孔、介孔和大孔组成。FT-IR谱图分析说明了分级孔活性炭中存在大量的含氧官能团,这些官能团极有利增加活性炭表面于电解液的亲水性和扩大双电层电容器的电位窗口。以2mol L-1的氢氧化钾为电解液,分级孔活性炭为正负极所组装的对称双电层电容器电位窗口可达1.2V;经过2000次充放电循环后,其电容保留率为初始比电容的92.2%。用碳酸氢钾活化菠菜叶前驱体,以三个不同的活化时间制备了三种多孔活性炭。经过三电极体系测试表明:活化时间为60分钟所制备的比电容最大,其原因在于该电极材料具有恰当的比表面积和利于形成双电层电容的微孔结构。与此作为对称双电层电容器正负极和2mol L-1氢氧化钾为电解液所组装的超级电容器的能量密度和功率密度高于其他所制备的活性炭所组装的电容器;经过2000次恒流充放电循环后的电容保留率为初始比电容的95.6%。
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