富氮碳材料的制备及其在超级电容器应用中的研究.pdf

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1、TH匣PI之EPARATIONANDRESEARCHOFNITROGENENRICHN匝NTCARBONmTERIALSINSUPERCAPACITORAPPLICATIONADissertationSubmiRedtotheGraduateSchoolofHenanNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceByJiangXiaoqiangSupervisor：Prof．WeiXianjtmMay2014摘要超级电容器作为一种新型储能装置，它的特点有：短的充电时间、长的使

2、用寿命、好的温度特性、节约能源和绿色环保等。随着超级电容器理论研究的不断深入与应用技术的飞速发展，需要越来越多新型的、具有良好性能的超级电容器电极材料来满足不同的需求。目前碳材料超级电容器己研究得比较成熟，但是其比电容较低。为了获得高比电容碳材料，我们进行了如下研究，主要内容及结果概述如下：研究了以N．羟乙基苯胺为单体，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为软模板，过硫酸铵为氧化剂，在酸性条件下制备聚-N．羟乙基苯胺(n岬EA)。以PNPEA为碳化前驱体，在石英管式炉中，N2保护下以不同的温度进行碳化制备富氮碳材料(C．PNPEA．X，X=600℃、700℃、800℃、900℃)，通过SEM、X

3、RD、TEM等测试手段分析碳化产物的结构。在6mol／LKOH溶液中测试富氮碳材料电极的恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗，结果表明C．PNPEA．X的循环可逆性、内阻、质量比电容、稳定性等性能都不理想，相比较C．PNPEA．800。C的电化学性能是最好的，在0．1A／g电流密度下质量比电容(Cs)高达220F／g，在5A／g电流密度下质量比电容只有55F／g，在1A／g电流密度下经过1000次循环充放电质量比电容由90F／g衰减到50F／g，保持率为56％。以C．PNPEA．800℃为前驱体，C02为活化剂，制备活性炭(AC)，探究了活化时间、活化温度对碳材料电化学性能的影响。通过各种测试手

4、段(如SEM、XRD、TEM等)分析AC的结构。在1mol／LH2S04溶液中测试AC电极的恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗，结果表明最佳的活化条件是在900℃下C02活化4h，其循环伏安曲线呈规则的矩形：溶液电阻是2．046f2，电极材料的内阻是O．806f2；在0．1A／g和5A／g电流密度下Cs分别是220F／g和155F／g；在1m／g电流密度下经过1000次循环充放电Cs几乎没有衰减，具有很好的循环稳定性。研究了以PNPEA为前驱体，采用KOH活化制备不同温度下的活性碳材料(PNPEAⅨOH．X，X=500℃、600℃、700℃、800℃)，通过SEM、XRD等测试手段分析PNPE

5、A依OH．X的结构。在lmol／LH2S04溶液中测试PNPEA／KOH．X的恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗，结果表明PNPE～KOH．700℃的电化学性能最好，其循环伏安曲线呈规则的矩形；溶液电阻是2．077f2，内阻是1．033f2；在1m／g、3A／g、5A／g、T10A／g、20A／g、30A／g电流密度下Cs分别是447F／g、412F／g、337F／g、307F／g、280F／g、270F／g；在1A／g、3A／g、5A／g、10A／g电流密度下经过1000次循环充放电质量比电容保持率分别为75％、76％、84％、98％，在20A／g、30A／g电流密度下经过10000次循环充

6、放电Cs保持率分别为83％、95％，具有好的循环可逆性、小的内阻、高的质量比电容、良好的稳定性。关键词：聚-N-羟乙基苯胺(PNPEA)，碳材料，二氧化碳，氢氧化钾，超级电容器11ABSTRACTAsanewtypeofenergystoragedevice，thesupercapacitorshavethefeaturesofshortchargingtime，longcyclelife，goodtemperaturecharacteristic，energyconservationandenvironmentalprotection，etcWiththedeepeningtheoryre

7、searchofthesupercapacitorandrapiddevelopmentofapplicationtechnology，tomeetdifferentrequirements，moreandmorenewandgoodperformanceofthesupercapacitorelectrodematerialsareneeded．Atpresent，thesupercapacitorcarb