【摘 要】
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超级电容器已成为世界上最重要的储能设备之一。超级电容器作为一种新型储能器件,其优点是功率密度高、循环寿命长、可快速充放电。在超级电容器的组成中,电容器的电极材料是决定其性能最重要的部分。因为比表面积大、导电性好、化学性质稳定等优点,活性炭和石墨烯被用作超级电容器电极材料时具有很高的比电容。本文选取分心木作为前驱体,一步法制备了低成本、高产率、高堆积密度的活性炭;用石墨烯、碳颗粒的混合胶体抽滤成膜,
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超级电容器已成为世界上最重要的储能设备之一。超级电容器作为一种新型储能器件,其优点是功率密度高、循环寿命长、可快速充放电。在超级电容器的组成中,电容器的电极材料是决定其性能最重要的部分。因为比表面积大、导电性好、化学性质稳定等优点,活性炭和石墨烯被用作超级电容器电极材料时具有很高的比电容。本文选取分心木作为前驱体,一步法制备了低成本、高产率、高堆积密度的活性炭;用石墨烯、碳颗粒的混合胶体抽滤成膜,利用低温裂解法制备了柔性复合膜电极,并对两种材料进行表征及分析,以及电化学性能的研究。论文主要内容与结果如下:（1）一步法活化分心木制备活性炭及其电化学性能以分心木为前驱体,采用一步法活化制备活性炭。与冷冻干燥法及传统两步活化法制备的活性炭样品相比,其制备工艺更简便,成本更低。它的产率达到24.2%,比表面积为1029 m~2·g-1,在以6 mol·L-1 KOH为电解液的三电极体系中,1 A·g-1的比电流下,它的比电容为230 F·g-1。64μm厚的电极在对称超级电容器中,0.5 A·g-1的比电流下,单电极比电容达到225 F·g-1。在EMIMBF4两电极的体系中,其比能量达到30.6 Wh·kg-1。（2）低温裂解法制备碳颗粒/石墨烯复合柔性膜电极及其电化学性能以碳颗粒和氧化石墨烯胶体为原料,混合抽滤制得碳颗粒/石墨烯复合柔性膜电极,再用低温裂解法获得碳颗粒/石墨烯复合膜。保温温度320°C,保温时间10h的效果最佳。在1 mol·L-1 H2SO4电解液的三电极体系中,0.2 A·g-1的比电流下,它的比电容高达298 F·g-1。同时,在1 mol·L-1 H2SO4电解液的两电极体系中,复合膜的比电容达到207 F·g-1,经过10000次循环后仍能保持最初电容的75%。在1 mol·L-1 H2SO4电解液中,分别测试柔性膜电极在60°、120°、180°弯折状态下的电化学性能,均未明显下降,表明其良好的抗弯折性能。在H2SO4/PVA固态电解质中,组装了柔性超级电容器,弯折状态下的比电容比未弯折状态的更高,在1A·g-1的比电流下,单电极比电容284 F·g-1,比能量最高达到51.5 Wh·kg-1,且经过300次弯折后,比电容仍保持初始状态的95%。（3）活性炭和柔性膜组装非对称超级电容器在1 mol·L-1的Na2SO4电解液中,-1～0.6 V的电位区间,0.5 A·g-1的比电流下,活性炭和柔性膜的比电容分别为170和214 F·g-1。以活性炭作为负极材料,复合膜作为正极材料,组装两电极非对称超级电容器,在1 mol·L-1的Na2SO4电解液中,0～1.6 V的电位窗口下,超级电容器的比电容达到60 F·g-1,最佳比能量为21Wh·kg-1。在固态Na2SO4/PVA电解质中性能并未下降,且具有良好的柔性和机械稳定性。
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