天然植物基多孔炭材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、超級電容器是一種介于傳統電容器和電池之間的新型儲能器件，它具有比傳統電容器更高的比能量，比電池更高的比功率。電極材料是決定超級電容器性能的關鍵因素，因此相關的研究工作一直是該領域的研究熱點。
　　 本論文系統地研究了植物基多孔活性炭的制備、表面改性及其作為炭基雙電層電容器電極材料的電化學性能。首次研究了用微波法自制的納米氧化鐵與植物基活性炭組成的非對稱超級電容器的電化學性能。綜合運用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、低溫

2、氮氣吸附、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)等技術手段對活性炭材料和納米氧化鐵顆粒的結構及表面性質進行分析表征，通過恒流充放電、循環伏安、交流阻抗等方法研究了活性炭材料和氧化鐵材料的電化學性能。探討了電極材料的結構及表面性質對其電化學性能的影響。主要研究結果如下：
　　 首次以苧麻纖維為原料，采用ZnCl2一步活化法在短時間、低溫條件下制備出具有高比表面積、高收率的微孔型活性炭纖維材料。系統考察了ZnCl

3、2/原料纖維浸漬比、活化溫度和活化時間對苧麻基活性炭纖維結構、表面性質及電容性能的影響。在最優工藝條件下制備的苧麻基活性炭纖維具有超過1600 m2/g的比表面積，孔徑集中分布在0.5～2 nm，其在30wt.％KOH水溶液中具有高達253 F/g的放電比電容、良好的功率性能和循環性能。
　　 以椰殼、杏殼基活性炭為原料，采用濃硝酸對活性炭進行表面氧化改性。研究表明氧化處理后活性炭的比表面積和孔容雖有減小，但炭表面的含氧官能團數

4、量大幅增加，其中羥基的增幅最明顯。由羥基產生的贗電容對活性炭材料比容量的提高貢獻最大；同時表面含氧官能團的增多對活性炭材料的大電流密度放電性能也有較大改善。
　　 首次采用以微波法制備的氧化鐵納米顆粒為正極材料，椰殼基活性炭為負極材料，組裝成非對稱電容器，并深入研究了其電化學行為。研究表明，與椰殼基活性炭電容器相比，氧化鐵/活性炭非對稱電容器具有較高的工作電壓，可達1.2V；能量密度可達9.25 Wh/kg，提高了53.4％。循