含雜原子微孔炭材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、電極材料是影響超級電容器和鋰離子電池性能的主要因素。由于炭材料價格低廉、理化性能穩(wěn)定、工作溫度范圍寬等,廣泛應用于冶金、陶瓷、催化劑、氣體吸附劑和電極材料等領域。在炭材料中引入雜原子(如N,O,P等)基團能夠優(yōu)化材料的結構性能,因而受到研究者的廣泛關注。本文以聚苯胺(PANI)和三聚氰胺-酚醛樹脂(PMF)為炭源,分別以K2CO3,ZnCl2和KOH為活化劑,制備了PANI基和PMF基含氮含氧微孔活性炭材料,利用X射線光電子能譜(XPS

2、)和循環(huán)伏安等手段對炭材料進行形貌、結構、和電化學性能的研究,并將它們應用于超級電容器和鋰離子電池負極材料。本文研究的主要內容如下:
　　1.以PANI為炭源,采用K2CO3和ZnCl2作為活化劑制備了兩類含氮含氧微孔活性炭材料。通過正交試驗法探討了PANI與活化劑的劑量比,活化溫度,活化時間和升溫速率對炭材料電化學性能的影響。K2CO3活化最佳制備條件為:活化溫度為600℃,PANI與K2CO3劑量比為2:1,升溫速率為4℃mi

3、n-1。ZnCl2活化最佳制備條件為:PANI與ZnCl2劑量比為1:1,升溫速率為10℃min-1,活化溫度為700℃。經K2CO3和ZnCl2活化后,炭材料的比表面積和孔體積顯著增加,呈現(xiàn)微孔結構;氮原子保持相對較高含量;電化學性能也得到明顯提高,比電容分別高達210和174Fg-1,2000循環(huán)充放電后,比電容仍分別保持為首次容量的89％和96.5%。
　　2.采用在堿/酸性溶液條件下制備的PMF為炭源,分別以K2CO3,Z

4、nCl2和KOH為活化劑,制備了微孔活性炭材料。通過正交試驗法分析得出PMF與活化劑的質量比是影響各系列樣品比電容的主要因素。KOH,K2CO3和ZnCl2活化制備的最佳樣品的比電容分別為202,208和153Fg-1?；罨?由于炭材料的比表面積和孔體積,以及氧原子含量顯著增加,使得樣品具有很好的功率密度和能量密度特性,以及循環(huán)性能。在500mAg-1電流密度下,經過20000循環(huán),比電容最高保持為首次容量的98%。且在高電流密度10