煤基活性炭用于超级电容器电极材料

摘要

超级电容器是一种介于电容器和电池的新型储能元件，具有较高的功率密度、能够快速充放电、较长的循环寿命等优点。但目前超级电容器的能量密度偏低，实现大容量储能较为困难。为了提高超级电容器的性能，电极材料成为研究的关键。而活性炭是目前超级电容器电极材料的较优选择。用于电极材料的活性炭要求具有高的比表面积，良好的抗腐蚀性，良好的耐高温稳定性，高电导率高，可控的孔结构等特点。
　　本课题采用内蒙古霍林河褐煤为原料，用于电极材料的制备，内蒙古褐煤资源丰富，价格低廉，且是优良的活性炭原料。通过使用褐煤制备活性炭，根据其反应条件的不同，并研究比较其电学性能，制得电化学性能及孔结构较佳的活性炭。从而使电极材料的性能更优良。在制备活性炭的过程中采用较为成熟的中性活化剂活化法来制取活性炭，能够降低能耗及成本。主要研究工作如下：
　　通过选取活化温度、活化时间、活化剂浓度进行单因素实验。不同活化温度下，得到比表面积范围为758-1024m2g-1，以微孔为主，占总孔容的65％-78%，以活性炭作电极材料，在0.5A g-1的电流密度下进行恒流充放电测试，在650℃活化温度下得到的最高比电容达到了207.5Fg-1，电流密度增大到20A g-1，比电容仍能保持在102F/g，电容保持率为49.2%，可见活化温度为650℃得到性能较优。活化温度对活性炭有一定的影响，较低的活化温度，孔结构形成不完全，比表面积较低，电化学性能不稳定，活化温度过高，孔结构烧蚀过度，电化学性能较差。不同活化时间下制得的活性炭，通过三电极体系测得相同的电流密度下，比电容呈先增大后减小的趋势。活化时间为90min，电化学性能较优，活化时间对活性炭成孔有一定的影响，较短的活化时间活化不完全，较长的活化时间活化过度，活化时间对电化学性能有较大的影响。不同活化剂浓度下制得的活性炭，在0.5A g-1的电流密度下，比电容呈先增大后减小的趋势，活化剂浓度为3M条件下，电化学性能较优。活化剂浓度对活性炭成孔有一定促进作用，活化剂浓度过高，抑制了孔结构的生成，电化学性能较差。
　　在单因素实验基础上进行正交实验，实验结果表明，活化温度为650℃，活化剂浓度为4M，活化时间为115min得到的活性炭在0.5A g-1的电流密度下，比电容达到220F/g。经极差分析可知，各因素对电极材料比电容的影响顺序为：活化剂浓度>活化时间>活化温度。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

引言

第一章 绪论

1.1 超级电容器简介

1.2超级电容器电极材料研究进展

1.3煤基活性炭的制备

1.4 课题研究的内容及意义

第二章 实验原理方法及仪器设备

2.1主要仪器及试剂

2.2活性炭的制备

2.3材料结构分析表征方法

2.4工作电极的制备工艺及步骤

2.5电化学性能测试方法及原理

第三章 褐煤及活性炭的表征

3.1褐煤工业分析与元素分析

3.2褐煤热重分析

3.3煤基活性炭的形貌分析

3.4 煤基活性炭材料的XRD表征

3.5煤基活性炭孔结构分析

3.4 本章小结

第四章 煤基活性炭在超级电容器中的应用

4.1单因素实验

4.2正交实验

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2 下一步工作及展望

参考文献

致谢

个 人 简 介