生物質(zhì)基碳復(fù)合電極材料的制備及其超電容性能的研究.pdf

1、超級(jí)電容器因具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、充放電速度快和功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地運(yùn)用在電動(dòng)汽車、電子器件等領(lǐng)域中。碳材料因具有導(dǎo)電性高、化學(xué)穩(wěn)定性高以及原材料豐富等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前超級(jí)電容器的主要電極材料之一。尋找廉價(jià)、綠色和可再生的原材料制備活性炭（AC）已經(jīng)成為當(dāng)下的一大熱點(diǎn)。以生物質(zhì)為原材料制備生物質(zhì)碳材料，既可節(jié)約成本，還可緩解因焚燒生物質(zhì)而造成的環(huán)境問題。
　　本論文以廉價(jià)的生物質(zhì)為原材料，制備得到超級(jí)電容器 AC電極材料以及 AC

2、基復(fù)合物電極材料。主要研究成果如下：
　?。?）以火龍果皮（DF）、羅漢果皮（MG）和梧桐絮（FC）作為碳源，先在Ar氣氛中進(jìn)行碳化，采用KOH活化后再在Ar氣氛中進(jìn)行高溫煅燒，獲得了具有高比表面積的碳材料。經(jīng)過掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）和拉曼光譜（Raman）表征說明，制備得到的ACs表面為無定型結(jié)構(gòu)。傅立葉紅外光譜（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）表征說明，制備得到的ACs含有大量的含氧官能團(tuán)，這些官

3、能團(tuán)對(duì)增加 ACs的贗電容和提高電解液與 ACs表面的親水性有很大幫助。氮?dú)馕摳綔y(cè)試說明，制備得到的AC s具有較高的比表面積。由微孔和介孔所組成的分級(jí)孔結(jié)構(gòu)有利于電解液離子的擴(kuò)散和傳輸。電化學(xué)測(cè)試說明，在電流密度為0.5 A g?1時(shí)，DF-AC、MG-AC和FC-AC的比電容分別是287 F g?1、239 F g?1和227 F g?1。結(jié)果說明，制備得到的ACs具有較高的比電容。在電流密度為4 A g?1以及連續(xù)充放電5000

4、圈后，所有制備得到的ACs電極的比電容幾乎沒有衰減，說明制備得到的ACs具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
　?。?）以柚子皮(PP)作為碳源，先在Ar氣氛中進(jìn)行碳化，采用KOH活化后再在Ar氣氛中進(jìn)行高溫煅燒，制備得到 PP-AC。主要探討了4種摩爾濃度的KO H活化劑對(duì)所制備的PP-A C結(jié)構(gòu)以及 PP-A C作為超級(jí)電容器電極材料的超電容性能的影響。當(dāng) KOH為3.0 mol L-1時(shí)，PP-AC呈現(xiàn)出相互貫通的孔結(jié)構(gòu)，這為電解質(zhì)離子的

5、傳輸提供了通道，又提高了材料的比表面積。XRD表征說明，4種 PP-AC均呈現(xiàn)出無定型結(jié)構(gòu)和一定的石墨化結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測(cè)試說明，在電流密度為1 A g-1時(shí)，KOH摩爾濃度分別為1 mol L-1、2 mol L-1、3 mol L-1和4 mol L-1時(shí)的4種 PP-AC電極材料的比電容分別是191 F g-1、247 Fg-1、260Fg-1和225Fg-1。在電流密度為2Ag?1以及連續(xù)充放電1000圈后，制備得到的ACs電極的電

6、容幾乎沒有衰減，說明制備得到的ACs具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
　?。?）通過水熱法合成了α-Ni(OH)2/PP-AC復(fù)合材料，探討了不同質(zhì)量配比下制備得到的復(fù)合物的電化學(xué)性能。SE M分析說明高比表面的PP-AC能夠使α-Ni(OH)2分散在其孔內(nèi)，防止了團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。XRD分析說明復(fù)合物材料中只有α-Ni(OH)2和C。在電流密度為6 A g-1時(shí)，α-Ni(OH)2/PP-AC復(fù)合材料的質(zhì)量比為1：20的電極材料的比電容是9

7、94 F g-1，單純的α-Ni(OH)2比電容是832 F g-1。在電流密度為8 A g?1時(shí)，連續(xù)充放電1000圈后，復(fù)合物材料的質(zhì)量比為1：20的電極材料的電容保持率為84％，比單純的α-Ni(OH)2的電容保持率（62％）高。結(jié)果說明，復(fù)合材料的比電容和倍率性均相比于單純的α-Ni(OH)2電極和PP-AC電極有一定程度的提高。
　?。?）通過水熱法合成了 NiMoO4 xH2O/PP-AC復(fù)合材料，探討了不同摩爾比的N

8、iMoO4 xH2O與 PP-AC制備得到的復(fù)合物的電化學(xué)性能。XRD分析說明復(fù)合物材料成分有 NiMoO4 xH2O和C。SEM圖說明高比表面的PP-AC能夠使 NiMoO4 xH2O分散在其孔內(nèi)，增加了比表面積。在電流密度為1 A g-1，PP-AC與 NiMoO4 xH2O的摩爾比為25：24時(shí)，復(fù)合物電極材料的比電容為1075 F g-1，而單純的NiMoO4 xH2O比電容為667 F g-1。在電流密度為2 A g?1，連續(xù)

9、充放電1000圈后，PP-AC與 NiMoO4 xH2O的摩爾比為25：24的電極材料的電容保持率為87％，高于單純的NiMoO4 xH2O的電容保持率（77％）。結(jié)果說明，復(fù)合材料的比電容和倍率性均相比于NiMoO4 xH2O電極和PP-AC電極有一定程度的提高。
　　本論文的研究結(jié)果說明，DF-AC、MG-AC和FC-AC都具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，具有作為超級(jí)電容器電極材料的潛力。相比于單純的物質(zhì)，α-Ni(OH)2/PP-AC