超級電容器用中孔炭基電極材料的高效制備及其電化學(xué)性能.pdf

1、超級電容器作為一種新型儲能元件,具有功率密度高、循環(huán)壽命長、充放電速率快和使用溫度范圍寬等優(yōu)點,在消費電子、混合動力汽車、工業(yè)電源等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。超級電容器的性能取決于電極材料性質(zhì)(比表面積、孔徑分布和導(dǎo)電性等)和電解液類型。本文采用微波高效加熱制備了中孔炭及釕/中孔炭復(fù)合材料,并將其作為超級電容器電極材料。通過氮吸脫附、掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射等技術(shù)對中孔炭的結(jié)構(gòu)和表面形貌進行表征。采用循環(huán)伏安、恒流充放電和電化學(xué)阻抗

2、譜法考察了中孔炭電極材料的電化學(xué)性能。主要結(jié)論如下:
　　以煤焦油瀝青為原料,采用氫氧化鉀協(xié)同氧化鎂模板活化法,在微波功率為600 W,活化時間為30 min時,實現(xiàn)了中孔炭的高效制備。當(dāng)煤焦油瀝青、氧化鎂和氫氧化鉀質(zhì)量分別為7 g、14 g和9 g時,所制備的中孔炭(MC7-14-6)比表面積,總孔容與平均孔徑分別為1394 m2/g,0.83 cm3/g和2.39 nm。在同樣堿碳比條件下,沒有氧化鎂加入時,所制備的微孔炭(P

3、C14.5-0-12.5)比表面積、總孔容和平均孔徑分別為1109 m2/g,0.54 cm3/g和1.95 nm。在50 mA/g電流密度下,經(jīng)過1000次恒流充放電后,MC7-14-6電極的比電容和MC7-14-6超級電容器的能量密度分別為187 F/g和6.4 Wh/kg。與微孔炭電極相比,中孔炭電極具有較好的速率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　以花生殼為原料,氯化鋅為活化劑,在微波功率為600 W,活化時間為20 min時,可以實

4、現(xiàn)高比表面積中孔炭的高效制備。隨氯化鋅與花生殼質(zhì)量比從1/1增加到5/1,中孔炭的總孔容由0.67 cm3/g增大到1.83 cm3/g,平均孔徑由2.06 nm增大到5.20 nm,而其比表面積先增大后減小。當(dāng)質(zhì)量比為4/1時,中孔炭(MC4/1)具有最大比表面積,達(dá)1552 m2/g,總孔容為1.75 cm3/g,平均孔徑為4.52 nm,非微孔孔容含量達(dá)98.9％。在50 mA/g電流密度下,經(jīng)過1000次恒流充放電后,MC4/1

5、具有最大比電容和能量密度,分別為184 F/g和6.3 Wh/kg。
　　以MC4/1中孔炭為載體,采用微波加熱法,實現(xiàn)高比電容釕/中孔炭復(fù)合電極材料有效制備。在充放電過程中,復(fù)合電極材料中的釕產(chǎn)生了明顯的贗電容。在50 mA/g電流密度下,經(jīng)過1000次恒流充放電后,當(dāng)釕的負(fù)載量分別為0%、5%、10%、15%和20%時,相應(yīng)電極的比電容分別為184 F/g、215 F/g、245 F/g、267 F/g和287 F/g,其中,