童亭煤重质组制备超级电容器电极材料研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuhao0000
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以童亭煤重质组作为基础碳前驱体,分别采用化学处理重质组、添加密中质组、添加米糠,制备微观形貌、孔结构各异的多孔炭材料,并考察了将其用于超级电容器电极材料时的电化学性能,探究了各个制备路线的最佳工艺条件,讨论了化学处理和添加密中质组的制备机理。结果表明:使用盐酸、硝酸和丙酮共同处理重质组,混合酸溶液将导致重质组中大分子骨架结构破坏,脂肪链断裂;在酸催化下加入丙酮将增加重质组表面醌基;进一步经KOH活化后所生成的多孔炭呈现独特的3D银耳状结构,且有较高含氧量。当活化温度为750 oC,重质组:KOH为1:4时,制备出的多孔炭比表面积为3422m2 g-1,总孔体积为1.9 cm3 g-1;用作超级电容器电极材料,在电流密度0.1 A g-1时比电容高达483 F g-1,并且在2 A g-1时仍能维持290 F g-1。童亭煤重质组中矿物质成分主要为高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4],与活化剂KOH反应生成沸石(K2Al2Si3O10·2H2O),从而能够作为自模板制备分级多孔炭材料。进一步加入童亭煤密中质组能最大化利用自模板。当密中质组/重质组为0.4,活化温度为750 oC时,制备出的分级多孔炭比表面积可达3851 m2 g-1,孔体积达2.47 cm3 g-1,中孔体积达0.70 cm3 g-1;用作超级电容器电极材料,在电流密度0.5 A g-1时,比电容达336 F g-1,电流密度增加到10 A g-1时,比电容仍能维持212 F g-1。通过添加米糠共活化,可以在多孔炭表面嫁接表面孔,使电解质离子极易进入孔道内部,从而增加孔利用率。同时,原有中孔仍保留在多孔炭中,形成电解质离子的缓冲库,使得在高电流密度下,仍能保持高的比电容。当米糠/重质组为1,KOH/重质组为6,活化温度750 oC时,多孔炭表面嫁接的孔分布均匀,在电流密度0.1 A g-1时,比电容达479 F g-1,电流密度增加到10 A g-1时,比电容仍能维持253 F g-1。该论文有图36幅,表16个,参考文献111篇。
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