【摘 要】
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随着经济社会的发展,我国环境与能源问题日益突出,给人类生存带来前所未有的挑战。超级电容器的能量密度和功率密度高、循环寿命长、充放电迅速、环境友好,这些优点可以弥补传统电容器和电池的缺陷,有效解决环境与能源这两大问题。电极材料是决定超级电容器性能的根本因素,因此开发比电容高和成本低廉的电极材料已成为研究的热点。过渡金属氧化物具有相当高的理论比电容,生物质衍生的碳材料具有成本低廉、导电性及稳定性高的优
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随着经济社会的发展,我国环境与能源问题日益突出,给人类生存带来前所未有的挑战。超级电容器的能量密度和功率密度高、循环寿命长、充放电迅速、环境友好,这些优点可以弥补传统电容器和电池的缺陷,有效解决环境与能源这两大问题。电极材料是决定超级电容器性能的根本因素,因此开发比电容高和成本低廉的电极材料已成为研究的热点。过渡金属氧化物具有相当高的理论比电容,生物质衍生的碳材料具有成本低廉、导电性及稳定性高的优点。本文以柚子皮为生物质碳源制备生物质多孔炭（BPC）,来弥补四氧化三钴（Co3O4）和钴酸镍（Ni Co2O4）导电性和稳定性差等缺点。主要研究内容如下:（1）以柚子皮为生物质碳源,通过控制预碳化碳与活化剂KOH的比例,对碳材料的比表面积及孔隙尺寸进行有效调控,利用热解法与化学活化法相结合制备BPC,并进一步探究了其微观孔隙结构与电化学特性之间的联系。实验结果表明:BPC3具有丰富的孔隙结构,大的比表面积(1713.78 m~2 g-1)以及优异的性能。当电流密度为1 A g-1时,BPC3的比电容高达240.67 F g-1,远高于BPC2(186.85 F g-1)和BPC4(161.24 F g-1),当电流密度从1 A g-1增加到10 A g-1时,BPC3的倍率性为68.14%,在电流密度为10 A g-1时充放电循环测试3000次,BPC2、BPC3和BPC4比电容保持率都能达到100%。（2）为了弥补生物质多孔炭材料比容量低的缺点,采用泡沫镍、硝酸钴、2-甲基咪唑和BPC3为原料,控制BPC3的投入量,通过牺牲模板法制备了BPC3掺杂的Co3O4复合材料（Co3O4@BPC3-X/NF）。采用表征测试对材料的化学组成、形貌结构、元素价态以及电化学储能特性进行检测,实验结果表明Co3O4@BPC3-X/NF为中空叶状结构,Co3O4@BPC3-1/NF复合材料中Co元素以Co2+和Co3+的形式存在。在制备的所有样品中,Co3O4@BPC3-1/NF复合电极材料具有高的比电容(电流密度为1 A g-1时比电容为268.25F g-1),较好的倍率性(电流密度从1 A g-1增大到10 A g-1时的倍率性为75.97%),优异的循环稳定性(电流密度为10 A g-1时充放电循环3000次的比电容保持率为96.71%)。（3）为了进一步提升复合电极材料的比容量,利用泡沫镍、硝酸镍、硝酸钴、尿素和BPC3为原料,控制BPC3的投入量,通过简单水热和高温热处理,成功制备了BPC3掺杂的Ni Co2O4复合材料（Ni Co2O4@BPC3-X/NF）。结果显示:Ni Co2O4@BPC3-X/NF为纳米针状结构,复合材料Ni Co2O4@BPC3-5/NF中Ni元素和Co元素分别以Ni2+/Ni3+和Co2+/Co3+的形式存在,且BPC3的含量约为0.86 wt%。Ni Co2O4@BPC3-5/NF具有高的比电容(电流密度为1 A g-1时比电容为392.20 F g-1),良好的倍率性(电流密度从1 A g-1增大到10 A g-1时倍率性为84.25%)以及优异的循环稳定性(电流密度为10 A g-1时充放电循环3000次的比电容保持率为93.51%)。
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