源于麻杆的木质素基与纤维素基碳材料的制备与电化学性能研究
随着锂离子电池、超级电容器等新型储能技术的快速发展与普及，人们对于储能设备的成本、可持续性和环境友好性等要求越来越高。生物质衍生碳作为一种潜在的高性能储能材料，由于具有原料来源丰富、成本低廉、化学稳定性好和导电性能优良等特点而被广泛研究。本文分别以麻杆中提取的木质素和纤维素为原料，采用不同的工艺制备了具有特殊形貌的生物质衍生碳材料，并研究了其用作锂离子电池负极材料与超级电容器电极材料的电化学性能。具体内容如下: (1)以麻杆木质素为原料，结合溶剂热法和高温碳化法制备了氮氧共掺杂的木质素衍生碳微球。探究了不同碳化温度对碳微球储锂性能的影响。其中在900℃下碳化得到的碳微球用于锂离子电池负极时表现出最优化的倍率性能和循环性能（2A g-1循环1000次后比容量为546.5mAh g-1）。 (2)以麻杆木质素为原料，经氨基苯酚酚化预处理后结合前述碳化工艺制备了高含氮量(3.09at.％)、高比表面积(540.05m2g-1)和异质结构（蜂窝状碳骨架担载单分散碳微球）的功能化碳材料。于800℃碳化的最优化样品用于锂离子电池负极材料时，0.1A g-1电流密度下可逆容量达860.5mAhg-1，并且在2A g-1下循环5000圈后仍具有403.7mAh g-1高比容量，容量衰减率仅为5.85％，具有出色的储锂性能。 (3)以麻杆纤维素为原料，经硫酸水热预碳化与KOH混合高温活化制备了具有超高比表面积(2537.48m2g-1)和丰富表面氧含量(17.15at.％)的分层级多孔碳。探究了水热时间、温度和活化剂剂量对多孔碳的性能影响。最优化的HC-2K在6M KOH三电极体系中表现出优秀的倍率性能（电流密度为0.5和20A g-1时比电容分别为270和216.5F g-1）以及较好的循环性能（20A g-1电流密度下循环10000圈比电容为183.3F g-1，容量保持率为85.94％）。
电极材料;生物质衍生碳;溶剂热法;高温碳化法;电化学性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
杨儒
2019
中文
TM242;TM205.1
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）