碳基超级电容器电极及其材料的制备与改性研究

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1、分类号：TQ15密级：公开UDC：542编号：2018150817010012015级攻读硕士学位研究生毕业论文碳基超级电容器电极及其材料的制备与改性研究PreparationandModificationofCarbon-basedSupercapacitorElectrodesandMaterials指导教师：李勇刚副教授赵启文教授学生姓名：张铭学科专业名称：化学工程研究方向：超级电容器电极材料学院(系、部)：化工学院论文起止时间：2015.10—2018.3QinghaiUniversityMasterDissertationPreparationandModificat

2、ionofCarbon-basedSupercapacitorElectrodesandMaterialsSupervisor:Prof.LiYong-gangProf.ZhaoQi-wenCandidate:ZhangMingAcademicMajorApplidedfor:ChemicalEngineeringSpecificMajor:SupercapacitorElectrodeMaterialsCollege(Department):ChemicalEngineeringCollegeMarch,2018摘要超级电容器作为一种新型储能装置，被广泛用于家用电器、工业设施

3、、军事等领域。活性炭由于其来源广、成本低廉、生产制备技术日趋成熟等优点，是超级电容器最常用的电极材料。论文以制备优良的电极材料和提高电极电容性能为研究目的，通过正交试验研究了不同工艺参数条件下，快速冷却法对活性炭比表面积、孔径、表面官能团及电极性能的影响；此外还研究了磷酸改性活性炭电极的制备及表征。运用扫描电子显微镜、低温氮气吸附、Boehm滴定法、X射线光电子能谱、接触角测量仪对活性炭及其电极结构、表面性质进行表征；通过循环伏安法，恒电流充放电法，交流阻抗法对炭电极进行电化学性能分析。研究结果表明：在较低活化温度（500℃）下，快速冷却法能有效提高活性炭比表面积，扩大孔径。相

4、比于自然冷却的活性炭，快速冷却的活性炭比表面积从1081m2/g增加至1559m2/g，孔径从2.64nm扩大至3.05nm，电极比电容达到160F/g，且具有良好的倍率特性。通过磷酸改性活性炭电极，改性后炭电极表面含氧官能团的含量提高了将近三倍，表面接触角从130°降至90.5°，润湿性得到较大的改善。电极比电容提高了35%，达到了249F/g。在4A/g电流密度下10000次充放电后，电容保留率达到97%，具有良好的稳定性和可逆性，显示出极好的应用前景。关键词：超级电容器活性炭快速冷却磷酸改性比电容IABSTRACTSupercapacitorsarewidelyusedi

5、nhouseholdappliances,industrialfacilities,militaryandotherfieldsasanewtypeofenergystoragedevice.Activatedcarboniswidelyusedassupercapacitorelectrodematerialbecauseofitswidesource,lowprice,matureproductionandpreparationtechnology.Inthispaper,inordertoprepareexcellentelectrodematerialsandimpro

6、veelectrodeperformance,theeffectsofrapidcoolingmethodonthespecificsurfacearea,poresize,surfacefunctionalgroupsandelectrodepropertiesofactivatedcarbonunderdifferentprocessparameterswereinvestigatedbytheorthogonalexperiment.Inaddition,thepreparationandcharacterizationofphosphoricacidmodifiedac

7、tivatedcarbonelectrodewerestudied.Thestructureandsurfacepropertiesofactivatedcarbonandactivatedcarbonelectrodeswerecharacterizedbyscanningelectronmicroscopy,lowtemperaturenitrogenadsorption,Boehmtitration,X-rayphotoelectronspectroscopyandcontactang