无灰煤基活性炭的改性及其电化学性能的研究

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1、中图分类号：TQ424.1论文编号：2017304038UDC：密级：公开硕士学位论文无灰煤基活性炭的改性及其电化学性能的研究作者姓名：孔碧华学科名称：化学工程与技术研究方向：煤化工新技术及下游产品开发学习单位：华北理工大学学制:2.5年提交日期:2017年11月30日申请学位类别：工学硕士导师姓名：侯彩霞副教授单位：华北理工大学化学工程学院论文评阅人：琚行松教授单位：唐山师范学院孙章副教授单位：华北理工大学论文答辩日期：2018年3月4日答辩委员会主席：琚行松教授关键词：无灰煤；活性炭；改性；表面官能团；超级电容器唐山华北理工大学2018年3月ResearchonModif

2、icationandElectrochemicalPerformanceofHypercoals-BasedActivatedCarbonDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinEngineeringbyKongBihua(ChemicalEngineeringandTechnology)Supervisor:HouCaixiaMarch,2018独创性说

3、明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一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。论文作者签名：日期：2018年3月9日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩

4、印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：√自授予学位之日起自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：2018年3月9日签字日期：2018年3月9日摘要超级电容器（Supercapacitor）作为当今新型能源的代表，具有功率密度高、使用寿命长、安全性好等优点，更适宜大功率场合的应用，但目前还存在着能量密度低的问题，提高电极材料的能量密度是关键。利用无灰煤（HPC）作为电极的碳源能够排除灰分对电容器性能的干扰，此外，对无灰煤基活性炭进行化学改性处理，可丰富活性炭的表面官能团，优化孔径范围，进一步提高材料的比电容，增加能量密度，完善电极材料的

5、电化学性能。研究利用HNO3、三聚氰胺、氨水三种改性剂对无灰煤基活性炭进行改性，确定合适的改性剂种类。在此基础上考察最佳改性剂浓度、回流时间、回流温度对比表面积、孔径分布以及表面官能团的影响规律。并将改性后的活性炭组装成超级电容器，探索比表面积、孔径以及表面官能团与电化学性能之间的关系。结果表明：HNO3相比三聚氰胺、氨水更适用于无灰煤基活性炭的改性。浓度为1%的HNO3在60℃的条件下回流2h改性的无灰煤基活性炭的孔径主要集中在0.4~0.55nm及0.6~0.8nm范围内；表面官能团大多以C-O-H、-COO-及N-5的形式存在，增强了材料的润湿性、导电性，减小了电阻；在

6、50mA/g的电流密度下比电容可达309F/g，能量密度为27.91Wh/kg，相比未改性的活性炭电极增长了38.6%，具有良好的能量密度及功率特性。图47幅；表17个；参75篇。关键词：无灰煤；活性炭；改性；表面官能团；超级电容器分类号：TQ424.1-I-AbstractSupercapacitorisanewenergydeviceinthecontemporaryera,whichhastheadvantagesofhighpowerdensity,longservicelife,goodsafetyandmoresuitableforhigh-powerapplic

7、ations.However,itstillexiststheproblemoflowenergydensity.Thekeytoprepareelectrodematerialsistoimprovetheenergydensity.Hypercoalsisusedascarbonelectrode.Itcaneliminatetheeffectofashcontentonthepropertiesofcapacitors.Inaddition,themodificationofhypercoals-