改性处理对煤基活性炭结构及电化学性能的影响

作     者：张兆华 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张传祥;涂必训

授予年度：2021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 煤基活性炭 改性处理 含氧官能团 

摘      要：超级电容器具有功率密度高,使用寿命长,充放电效率高,工作温度范围宽,可在大电流密度下充放电使用,环境友好等优点。本文以廉价易得的煤作为前驱体,通过化学活化法制备煤基活性炭,研究了后期改性处理(热处理和氢热还原)对材料的孔结构、微观结构、表面化学性质及电化学性能的影响。具体内容如下:(1)高温处理对煤基活性炭结构及电化学性能有显著影响。在高纯Ar气氛中对样品进行不同温度的高温热处理,随着热处理温度的升高,材料的比表面积先略微升高后逐渐降低,中孔率不同程度地升高,导电性升高,表面形貌无明显变化,表面含氧官官能团逐渐脱除,润湿性先升高后降低。700°C热处理得到的样品较原材料和其他样品的电化学性能得到了明显的提升,在电流密度为0.5 A/g时的比电容为183 F/g,在电流密度为5 A/g时的电容保持率为14%,能量密度最高为32.48 Wh/kg,功率密度最大为760 W/kg,5000次循环的电容保持率为78%。(2)氢热还原对煤基活性炭结构及电化学性能有显著影响。在混合气氛(V:V=9:1)中对样品进行不同温度的高温热处理,随着氢热处理温度的升高,材料的比表面积先升高后降低,中孔率不同程度地升高,导电性升高,表面形貌无明显变化,表面含氧官官能团逐渐脱除;润湿性先升高后降低。700°C氢热处理得到的样品较原材料和其他样品的电化学性能得到了明显的提升,在电流密度为0.5 A/g时的比电容为179 F/g,在电流密度为5 A/g时的电容保持率为58.7%,能量密度最高为33.36 Wh/kg,功率密度最大为1014.75 W/kg,5000次循环的电容保持率为82%。(3)通过比较高纯氩气和混合气体中热处理的区别得出:热处理过程中,氢气的加入有助于材料缺陷的生成、润湿性的提高以及较为稳定的含氧官能团C=O在较低的温度(400°C)下得以分解脱除,使得电化学性能得到明显改善。图36幅,表13个,参考文献99篇。