炭基電極材料制備及其孔結(jié)構(gòu)對電容器性能的影響.pdf

1、電化學(xué)電容器可能成為繼鋰離子電池之后的又一新型儲能元件，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域極具發(fā)展前景。一般的多孔炭材料雖具有較高比表面積和較高的理論比容量，但由于孔徑較小，限制了電解質(zhì)離子在其孔隙內(nèi)的自由擴散運動，隨工作功率增大，比容量衰減很快，電容器的比能量.比功率性能差。高功率應(yīng)用（如電動汽車）的雙電層電容器對炭材料的孔結(jié)構(gòu)有更高的要求，以保證電容器的比能量--比功率性能，本文基于上述思想，通過制備不同孔結(jié)構(gòu)的活性炭作為電容器電極材料，測試其電化學(xué)性

2、能，旨在考察活性炭材料的孔結(jié)構(gòu)與電解質(zhì)離子的匹配性，以期獲得制備高功率特性電容器電極材料的新方法。 首先以高比表面積專業(yè)商品活性炭為電極材料，在四種有機電解液中考察電容器的電化學(xué)性能，通過恒流充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗測試綜合分析，證明在本實驗條件下，電容器的比能量--比功率性能最佳，并且在實用化應(yīng)用方面理想的電解質(zhì)溶液為1M LiClO4/PC。 然后以制備的不同孔結(jié)構(gòu)的石油焦基活性炭為電極材料，以1M Et4NBF4

3、/PC為電解液，通過具體分析電極材料的孔結(jié)構(gòu)特征以及測試電化學(xué)性能，聯(lián)合交流阻抗測試中的響應(yīng)時間，定性地確定1M Et4NBF4/PC電解質(zhì)離子所需的合適的孔結(jié)構(gòu)特征為1-3nm。 繼而以低軟化點各向同性瀝青為炭材料前驅(qū)體，以乙酸鎂和檸檬酸鎂熱解得到的電化學(xué)性能穩(wěn)定的MgO為模板，通過一步炭化法成功制備出兩系列高收率、高比表面積、高中孔率和可控孔結(jié)構(gòu)的炭材料，其區(qū)別在于炭材料的平均孔徑不同。通過考察在30wt％KOH為電解液時的

4、電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)兩系列炭材料均具有理想的比電容量，即在25A/g的電流密度下仍能得到220F/g的比電容量；較好的功率特性，即在25A/g時容量保持率仍能達(dá)到90％以上，以及理想的保壓性能，即漏電流均低于0，05mA，靜置24h后仍能保持0.5V以上的電壓。相比較而言，以乙酸鎂為模板劑前驅(qū)體制備的炭材料體系孔徑稍大，具有更理想的倍率特性和功率特性，但如果追求小電流密度放電時的高比電容量，以檸檬酸鎂為模板劑前驅(qū)體制備的炭材料體系是理想的電