生物质基电容炭的制备与性能研究
超级电容器因其功率密度大、循环寿命长、运行安全等特点而备受关注。电极材料是影响超级电容器性能的关键。生物质基多孔炭原料丰富、成本低廉、结构可调且自身含有一定的杂原子，是具有潜在应用前景的超级电容器电极材料。本文以豆渣为原料，分别采用氢氧化钾、乙酸钾和碳酸氢钾为活化剂制备了多孔炭材料，探究了活化方法对多孔炭的结构与电容性能的影响规律，获得了具有良好电化学性能的电容炭材料。 （1）以氢氧化钾（KOH）为活化剂的生物质基电容炭的制备与性能研究。以豆渣为碳源，氢氧化钾为活化剂，通过固相混合、高温碳化活化的方式制备高比表面积的电容炭材料，研究了活化剂用量对样品微观结构与电化学性能的影响。随着碱用量提高，炭材料中逐渐出现更加丰富的介孔与大孔。碱炭比为1:3制备的炭材料DZ-KOH-1:3的比表面积达2879m2g-1，具有优异的电容性能，在6molL-1KOH中，在0.5Ag-1电流密度下比容量达295Fg-1，在10Ag-1大电流密度下进行10000次长循环测试，容量保持率为95%。 （2）以乙酸钾（CH3COOK）为活化剂的生物质基电容炭的制备与性能研究。以乙酸钾为活化剂，与豆渣研磨混合均匀，在惰性气氛保护下进行高温碳化、活化，洗涤干燥后得到电容炭材料。与KOH活化相比，CH3COOK活化的腐蚀性更低，环境友好，制备的炭材料以微孔为主，介孔为辅，比表面积最高达2009m2g-1，氧原子含量介于8%-14%。电化学测试表明DZ-CH3COOK-1:2样品在6molL-1KOH电解液中，在0.5Ag-1下比容量为222Fg-1，在10Ag-1的电流密度下，进行10000圈的长循环充放电，容量保持率为96%。 （3）以碳酸氢钾（KHCO3）为活化剂的生物质基电容炭的制备与性能研究。受发酵原理的启发，以理化性质温和的碳酸氢钾为活化剂制备电容炭材料。将豆渣与KHCO3按一定比例固相混合，在惰性气氛下碳化、活化处理制备得到了电容炭材料，DZ-KHCO3-1:2样品比表面积为1502m2g-1，孔体积为0.71cm3g-1，在6molL-1KOH组装的对称电容器中，在0.5Ag-1下比容量达到220Fg-1，10Ag-1下10000次充放电测试容量保持率达98%。该样品在3molL-1H2SO4电解液体系也表现出优异的电化学性能，三电极法测得其比容量达261Fg-1。碳酸氢钾活化法制备的电容炭不仅性能优异，而且成本低廉、环境友好，为生物质基电容炭的绿色高效制备提供了新思路。
超级电容器;生物质;电容炭;电容性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
徐斌
2022
中文
TM53
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）