生物质基多孔碳材料的绿色制备及其超电容性能研究

作     者：李云猛 

作者单位：上海大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鄢浩

授予年度：2019年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：超级电容器 生物质基碳材料 超临界水热活化 电化学性能 

摘      要：当前具有功率密度高、循环寿命长、快速充放电及绿色环保等优点的超级电容器作为新型储能装置已步入了高速发展和应用阶段。然而其相对较低的能量密度限制了其进一步应用。超级电容器的性能主要受电极材料性能影响,碳材料是使用最为广泛的电极材料之一。国内外生物质多孔碳的制备方法多使用强酸,强碱,制备步骤复杂,成本高且对环境影响较大。如何在提高碳材料电化学性能的同时,采用环境友好的制备方法来降低成本成为目前亟待解决的重要课题。本文提出两种绿色环保的方法,分别以天然生物基材料开心果壳和核桃壳为碳源,制备了两种生物质多孔碳材料并研究了其作为超级电容器电极材料的性能,为低成本多孔碳电极材料的绿色制备提供了新途径。主要研究内容如下:1、以开心果壳为碳源,采用超临界水热和KOH活化方法制备开心果壳基多孔碳材料,并对材料进行物理表征和电化学测试。该方法大幅度减少了传统活化方法中强碱的使用量,测试结果表明,样品S1显示电化学性能最好,在0.5 Ag时具有232 Fg(260 Fcm)的高电容,在100 Ag仍然具有144 Fg(161 Fcm)的电容。在循环10000次之后,比电容保持率在90%以上。双电极对称电池测试表明材料在超级电容器上的潜在应用价值。2、以核桃壳为碳源,植酸为活化剂,在氮气氛围中煅烧制备了核桃壳基磷掺杂多孔碳材料。研究表明,添加适量的植酸,所制备的材料的石墨化程度增高,样品的孔状结构明显增多,但是当植酸添加量过多时其石墨化程度反而降低,石墨的平面结构被破坏。样品A1电化学性能表现最佳,其比表面积为762 mg,微孔比表面积达到581 mg,在1M HSO电解液三电极体系中显示出高的比电容(320 Fg,0.5 Ag)以及优异的倍率性能,在20 Ag时仍具有73%的电容保留率。交流阻抗测试结果表明材料具有较低的电阻。在10 Ag的电流密度下循环10000次后电容保持率为98%,表明材料具有良好的循环性能。