多孔炭材料的可控制备及其电化学性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文多孔炭材料的可控制备及其电化学性能研究博士研究生：王倩指导教师：景晓燕教授学科、专业：材料学哈尔滨工程大学2014年6月万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文多孔炭材料的可控制备及其电化学性能研究博士研究生：王倩指导教师：景晓燕教授学位级别：工学博士学科、专业：材料学所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2014年5月23日论文答辩日期：2014年6月10日学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngControllabl

2、eSynthesisofPorousCarbonMaterialsandTheirElectrochemicalPerformanceCandidate:WangQianSupervisor:Prof.JingXiaoyanAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:MaterialScienceDateofSubmission:May23,2014DateofOralExamination:Jun10,2014University:HarbinEngineeringUniversity万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性

3、声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部

4、内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据多孔炭材料的可控制备及其电化学性能研究摘要超级电容器具有较高的功率密度、优异的倍率性能、快速充/放电特性、超长的循环寿命以及原理简单、维护费用低等优点，因此在世界范围内引起了科研工作者的广泛关注。炭材料具

5、有较高的比表面积及良好的导电性被广泛应用于超级电容器的电极材料。研究表明，炭材料的电化学性能与其比表面积、孔结构和表面化学性质密切相关。本论文采用不同的模板制备了具有不同形貌和孔结构的多孔炭材料，并采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱等技术对多孔炭材料的微观结构和表面性质进行表征，采用循环伏安法、恒流充放电法及交流阻抗法详细研究了电极材料的电化学性能。以中孔SiO2为模板，以沥青为碳源经过高温碳化制备了中孔炭材料（MCSF）。结2–1–1果表明，制备的MCSF具有较高的比表面积（582m∙g）。当扫描速度为5mV∙s时，–1–1MCSF电极比容量最

6、高可达264F∙g；当扫描速度增大至1000mV∙s时其比容量为–1194F∙g，保持率为74%，表明该电极材料具有优异的倍率特性。连续循环5000次后其比容量仅衰减了9%，说明MCSF具有优异的电化学稳定性。组装的对称电容器能–1–1量密度可达9.6Wh∙kg，其最大功率密度可达119.4kW∙kg。以CNTs/MnO2为模板，以C2H2为碳源，采用化学气相沉积法制备了CNT-HCS。2–1–1研究结果表明，CNT-HCS的比表面积可达500.6m∙g。当电流密度为0.5A∙g时，–1其比容量可达201.5F∙g。另外，CNT-HCS电极具有优异的倍率特性，当电流密度升–1高到20A

7、∙g时，比容量仍能保持69%。组装的对称电容器能量密度最高可达11.3–1Wh∙kg。分别以花瓣状ZnO、沥青、KOH为模板、碳源和活化剂，采用高温碳化、活化的–1方法制备了具有花瓣状结构的分层次多孔炭材料（FHPC）。当扫描速度为2mV∙s时–1–1FHPC电极的比容量可达294F∙g。当扫描速度为500mV∙s时，比容量仍能保持71%，–1说明FHPC电极具有优异的电化学性能。组装的FHPC//FHPC对称电容器在1mol∙L–1Na2SO