【摘 要】
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能源危机已成为当今社会发展亟需解决的重大问题,而其中一个解决途径就是提高能源的转换效率。当前能源转换效率较高的两种元器件,一个是可充电电池,另一个就是超级电容器。超级电容器优点在于功率密度高、循环寿命长和工作温限宽。目前使用的活性炭存在比电容低、导电性差、结构不协调的问题。因此,如何改善碳材料的结构和表面状态成为提高超级电容器性能的一个重要研究方向。本论文以银杏叶为原料,采用混合熔融盐/碱化学活化
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能源危机已成为当今社会发展亟需解决的重大问题,而其中一个解决途径就是提高能源的转换效率。当前能源转换效率较高的两种元器件,一个是可充电电池,另一个就是超级电容器。超级电容器优点在于功率密度高、循环寿命长和工作温限宽。目前使用的活性炭存在比电容低、导电性差、结构不协调的问题。因此,如何改善碳材料的结构和表面状态成为提高超级电容器性能的一个重要研究方向。本论文以银杏叶为原料,采用混合熔融盐/碱化学活化法制备高比表面积、孔径分布均匀、含有N、S等异质元素掺杂的分级多孔碳材料。采用场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HETEM)、拉曼光谱(Raman)、比表面积测试(BET)和X射线光电子能谱(XPS)对多孔碳材料的形貌、结构和成分进行表征;采用二电极测试法,在6 M KOH水系电解液中进行循环伏安(CV)、交流阻抗谱(EIS)和恒流充放电(GCD)测试来研究多孔碳材料的电化学性能。具体研究内容如下:(1)以银杏叶为原料,KCl和Ca Cl2为活化剂,在氩气气氛下,采用混合熔融盐活化法制备出具有N、S、O等异质原子(含量分别为2.06%、0.55%、11.04%)和适宜孔径分布的多孔碳材料。使用电池测试仪和电化学工作站对本文所制备的多孔碳材料进行了电化学测试。实验结果表明,样品具有150 F g-1的比电容(电流密度为0.05 A g-1下),在1 A g-1的电流密度下循环10000次后,电容保持率为94.2%,具有良好的循环稳定性能。EIS测试结果也表明样品具有较小的电阻(内阻为0.7Ω)以及较好的扩散性能和导电性。(2)以银杏叶为原料,KCl和K2CO3为活化剂,在氩气气氛下,采用混合盐/碱熔融活化法制备出高比表面积(1675.29 m2 g-1)和适宜孔径分布的异质原子掺杂的分级多孔碳材料,并对制备的多孔碳材料进行了电化学测试。实验结果表明,在0.05A g-1的电流密度下,样品的比电容为215.18 F g-1,即使在20 A g-1的电流密度下,比电容依然保持为169.82 F g-1;当功率密度为25.42 W kg-1时,能量密度为7.47 Wh kg-1;而且循环10000次以后,电容保持率为98.4%;且该电容器电阻也较小(内阻为0.9Ω,电荷转移电阻仅为0.3Ω)。(3)以银杏叶为原料,Na OH和KOH为活化剂,在氩气气氛下,采用混合熔融碱活化法制备出具有异质原子、比表面积为1975 m2 g-1和合适孔径分布的多孔碳材料,并对制备的多孔碳材料进行了电化学测试。实验结果表明,样品在0.1 A g-1的电流密度下,比电容为333.4 F g-1。当电流密度为20 A g-1时,比电容依然保持为277.5 F g-1,表现出良好的倍率性能。而且在5 A g-1电流密度下,10000次恒流充放电后,电容保持率为94.4%,表现出良好的速率性能。
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