超级电容器用棉秆基多孔炭电极材料的研究

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文作者姓名：指导教师：学位类别：圈康雪雅研究员吐尔迪·吾买尔副研究员硕士学科专业：楚整王垂培养单位：主垦登堂医堑墅墨丝堇查堑塞匮二零一三年五月申请硕士学位论文超级电容器用棉秆基多孔炭电极材料的研究研究生：陈铭德导师：康雪雅研究员吐尔迪·吾买尔副研究员专业：材料工程中国科学院新疆理化技术研究所二零一三年五月一苓一二，牛血月StudyingonpreparationofporouscarbonfromcottonstalkforsuperCapacitorelectrodeMi

2、ngdeChenDissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofMaterialsEngineeringXinjiangTechnicalInstituteofPhysicsandChemistryMay,2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作和取得研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中

3、国科学院新疆理化技术研究所或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：弘，￡扣f参签字日期：加哆年‘月户日学位论文版权使用授权说明本学位论文作者完全了解中国科学院新疆理化技术所有关保留、使用学位论文的规定。特授权中国科学院新疆理化技术研究所可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意研究所向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的论文在解密后应遵循此规定)学位论文作者签名：，5．z-1芝^签字日期

4、：加哆年6月F日导师签名：签字日期：摘要超级电容器(Supercapaeitors)是一种介于传统电容器与电池之间的新型储能元件。由于具有功率密度高、循环使用寿命长、能瞬间大电流充放电、工作温度范围宽、安全、无污染等优点，在电动汽车、不问断电源、航空航天、军事等诸多领域均有广阔的应用前景。近年来，超级电容器引起了国内外研究者的广泛关注，成为当前化学电源领域的研究热点之一。目前，商业化超级电容器电极材料主要集中于碳基材料，但炭电极材料存在着比容量偏低、孔径分布不均等问题。因此，寻找新的碳源及活化技术，探索有效孔结构和表面性质的控制技术，研发炭复合材料，降低生产成本等对提高碳基

5、超级电容器的性能具有重要意义。活性炭材料由于具有比表面积大、化学稳定性好、孔径容易调控等优点，广泛用于超级电容器等储能器件。本论文以新疆生物质资源棉花秸秆为原料，采用不同的活化方法制备高比表面积多孔炭及其复合材料，并研究了各种制备参数及工艺条件对棉秆基多孔炭材料的微观组织结构和电化学性能的影响。研究成果主要体现在如下几个方面：(1)磷酸活化法制备超级电容器用棉秆基多孔炭电极材料的研究以来源丰富、价格低廉、碳含量高、灰分低的新疆棉花秸秆作为原料，H3P04为活化剂，采用化学活化法制备棉秆基多孔炭电极材料。运用热重分析、比表面测试仪、SEM、XRD等手段表征了棉秆基多孔炭的表面

6、形貌和结构。系统研究了活化剂磷酸溶液的质量分数、活化剂与棉秆的质量比(简称固液比)、活化温度及活化时间等参数对棉秆基多孔炭的比表面积、孔径结构、表面形貌的影响。以制备的多孔炭为电极材料，1molL以Et4NBFdAN为电解液，组装成模拟纽扣式超级电容器。通过恒流充放电，循环伏安，交流阻抗测试。研究了不同的活化条件对材料材料电化学性能的影响。确定了棉秆基多孔炭电极材料的最优制备条件。(1)生物质原材料棉秆的活化过程包括三个阶段：第一阶段：(55．600。C)，其重量损失很小，主要是样品中水分的蒸发：第二阶段(600．800"C)，样品的重量损失严重，主要原因是原材料的进一步裂

7、解，同时伴随着CO、C02、CH4、H2等气体的产生并释放，第三阶段，样品质量损失小，主要是由于温度达到800℃时，样品的裂解反应已经完成，当温度达到800℃时，形成新的稳定的炭结构。I超级电容器用棉秆基活性炭电极材料的研究活化温度、固液比、磷酸溶液的质量分数及活化时间是影响棉秆基多孔炭电化学性能主要工艺参数。其比表面积随着随活化温度的升高、固液比的增大、活化时间的延长，呈先增大后减小的趋势。多孔炭的孔径分布整体上向着孔径增大的方向移动。合理控制活化条件可得到一定的扩孔、提高其表面积的效果。当活化剂磷酸溶液质量分数