活性碳纤维及其复合材料超级电容性能的研究

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1、中文摘要中文摘要活性碳纤维及其复合材料超级电容性能的研究超级电容器作为一种新兴的储能装置，由于其具有高功率密度以及循环寿命长等优点而引起了人们的广泛关注，它有希望被用于便携式电子设备、混合动力电动汽车、甚至是大型的工业设备上。在众多的碳电极材料中，活性碳纤维由于具有较大的比表面积、良好的导电性以及优秀的柔韧性而被大家普遍看好。本论文的研究重点为通过优化活化条件找到活性碳纤维的最佳制备方法，并在此基础上对活性碳纤维材料进行表面改性以及材料复合，揭示出比表面积、孔径分布情况和材料表面性质对材料电化学性能的影响，并对复合材料的协同作用进行探究。具体内容如下：以聚丙烯腈基预氧丝为原材料，通

2、过碳化与二氧化碳活化两步得到活性碳纤维，并调控活化时间分别为1h、3h和5h来制备不同样品，通过X射线衍射、氮气吸附,扫描电子显微镜以及拉曼光谱等测试手段，对所制得材料的结晶程度、形貌、比表面积以及孔径分布等情况进行研究，然后结合循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等电化学分析测试方法，采用对称电极的测试方式在6M的KOH电解液中研究不同活化时间所得材料的电化学性能，结果表明活化时间为3h所制得的材2-1-2料比表面积最大且电化学性能最好，比表面积达到了469mg，在0.5mAcm的-1电流密度下测试，比电容更是达到了140Fg。通过使用浓度为35%、65%和95%的硝酸对已制备的活性

3、碳纤维材料进行热处理来完成材料的表面改性。碳纤维的硝酸热处理是通过两个简单的步骤实现的：首先把原始的活性碳纤维浸润在硝酸中12h，之后把活性碳纤维过滤出来在80摄氏度下热处理12h。实验结果表明，浓度为65%的硝酸热处理过的活性碳纤维含2-1有更多的含C-O键的官能团，同时比表面积仍能保持在428mg（原始活性碳纤2-1维的比表面积468mg），导致了其可达比表面积达到了最大值并且产生了很高-2的赝电容。与原始碳纤维相比较在0.5mAcm的电流密度下其电容值提升了-1-1-254%，从140Fg增加到了214Fg,即使在100mAcm的大电流密度下，它的-1电容值仍能保持在160F

4、g（是原始材料的4倍）。3000次充放电循环后容量保I中文摘要持率仍接近100%。以高锰酸钾和已制备的活性碳纤维为原料按照不同的比例原位微波水热合成活性碳纤维/二氧化锰复合材料。通过物性测试对不同复合比例材料的形貌、结构和组成进行详细的表征，并采用三电极测试法在1M硫酸钠电解液中对材料进行电化学测试。实验结果表明，含63%二氧化锰的复合材料的电化学性能最好，-2其综合了活性碳纤维的倍率性以及二氧化锰的高容量，0.5mAcm电流密度下的-1-2容量适中为130Fg；大电流下表现优异，在50mAcm的大电流密度下，复合材-1-1-1料的比电容为94Fg，远远超出了二氧化锰的3Fg和活性

5、碳纤维的27Fg。关键词：超级电容器；聚丙烯腈基活性碳纤维；二氧化碳活化法；硝酸热处理；活性碳纤维/二氧化锰复合材料IIAbstractAbstractStudyonSupercapacitivePerformanceofActivatedCarbonFiberandItsCompositeMaterialAsanewenergystoragedevice,supercapacitorwithhighpowerdensityandlongcyclelifehaveattractedgreatattentiontotheirpromisingapplicationsinportabl

6、econsumerelectronicdevices,hybridelectricvehicles,andevenheavy-dutyindustrialscalesystems.Amongvariouscarbonelectrodematerials,activatedcarbonfibers(ACF)haveanumberofadvantages,suchaslargesurfaceareas,goodconductivityandexcellentflexibility.Inthisstudy,theresearchersfocusedonthesynthesisofacti

7、vatedcarbonfiber,itssurfacemodificationanditscompositematerialtorevealtheeffectsofspecificsurfacearea,poresizedistributionandsurfacepropertiesofmaterialsontheelectrochemicalproperties,andthesynergisticeffectofcomposite.Themainstudiesare