石油焦基活性炭材料的制備、表征及電容特性研究.pdf

1、超級電容器是一種新型的電化學能量轉換裝置，具有功率密度大、循環壽命長和環境友好等優點，在電子器件、信息通訊、電動汽車及航空航天等領域獲得了廣泛的應用。其中，活性炭作為商業化最成功的超級電容器電極材料，一直是科研工作者們研究的熱點。本文以制備具有高振實密度、高質量比容量的優質活性炭材料為目標進行了研究。以廉價、易得的石油焦為原料，制備出了活性炭電極材料。分析了活性炭的振實密度、BET比表面積、孔結構及粒徑大小等物理性能，同時考察了活性炭的

2、質量比容量、充放電特性和功率特性等電化學性能。主要內容如下： ⑴以石油焦為原料，以KOH和CO2為活化劑，分別采用化學活化和物理-化學聯合活化兩種活化工藝，制備出了活性炭電極材料CA和CB，考察了兩種工藝對活性炭物理性能和電化學性能的影響。CA具有較高的收率、振實密度以及BET比表面積，分別可達61.28％、0.35g/ml和2760㎡/g； CB具有較高的中孔率和平均孔徑，分別為24.1％和2.3nm。在1mol/L的Et4N

3、BF4/AN有機電解液體系下，CA具有較高的質量比容量，在1A/g時CA的質量比電容量為137.8F/g；而CB表現出較好的功率特性，20A/g時的質量比容量僅比1A/g時衰減了4.7％。 ⑵考察了化學活化法工藝中石油焦粒度對活性炭性能的影響?；钚蕴康氖章孰S著石油焦粒度的減小，先增大再減小。當石油焦粒度為325～400目時，活性炭的收率達到最大值。石油焦粒徑越小得到的活性炭粒徑也越小，隨著石油焦粒度的不斷減小和均勻程度的不斷提高

4、，活性炭的比表面積有所降低，但收率更高，粒度分布更為集中?；钚蕴康馁|量比電容隨著石油焦粒度的減小而不斷增大，當石油焦粒度<400目時質量比容量取得最大值140.0F/g。石油焦粒度為325～400目時制備的活性炭在1A/g電流密度下的質量比容量為126.6F/g；在20A/g電流密度下質量比容量為116.2F/g，表現出良好的功率特性。 ⑶分別采用A、B、C和D作為單一活化劑進行活化實驗，考察了活化劑種類對活性炭性能的影響。比較

5、幾種活化劑制備的活性炭樣品，可以發現A活化制備的活性炭的質量比容量最高，但振實密度最??；B活化制備的活性炭有相對較高的振實密度，但質量比容量較低。C和D所制備的活性炭具有很高的振實密度，但是質量比容量非常低，功率特性也非常差。將A和B按不同配比混合作為復合活化劑時，制備的活性炭性能明顯優于單獨使用A或B時的性能。當A： B=2：1時制備的活性炭C21表現出較好的物理性能和電化學性能，振實密度高達0.41g/ml；在充放電電流密度為1A/

6、g時質量比容量達114.0F/g。當充放電電流放大到20A/g時，質量比容量仍保持在93.4％，并表現出了良好的功率特性。 ⑶采用小實驗優化出來的最佳工藝進行了小規模的放大實驗制備了活性炭材料CBS，并組裝成卷繞式超級電容器電子元件。結果表明，活性炭CBS的收率達到65％，振實密度達到0.40g/ml，BET比表面積為1509㎡/g，中孔率為16.6％。CBS的材料性能指標，與相同工藝條件下小實驗制備的活性炭C21非常接近。超級

7、電容器的外殼尺寸為Ф12.5×28mm，在Et4NBF4/AN電解液中容量為17.4F，內阻為45mΩ。超級電容器在電流密度為0.5A/g時，超級電容器的放電容量為17.4 F，質量比容量達到135.9F/g；當電流密度增加到10A/g時，放電容量為16F，質量比容量為124.5F/g，表現出理想的大倍率放電特性。在恒壓2h后，電容器漏電流小于2mA，在2000次循環后，超級電容器容量與500次循環時相比，衰減量只有4％左右，表現出良好