氮摻雜中空介孔碳球的可控制備及性能研究.pdf

1、超級電容器由于具有大的功率密度、長的循環(huán)穩(wěn)定性、快的充放電能力等優(yōu)點，作為儲能裝備有很大的市場潛力。而電極材料是決定超級電容器性能的重要因素之一，高度有序的介孔碳材料由于具有有序的中構(gòu)造、高的比表面積、均勻和可調(diào)的孔結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性等特性，這些獨特的化學(xué)和物理特性是其作為超級電容器最理想的電極材料。到目前為止，已經(jīng)吸引了廣大科研工作者巨大的興趣和高度的重視。
　　為了提高碳材料的電容性能，在其表面和結(jié)構(gòu)框架中進(jìn)

2、行進(jìn)一步的改性修飾是十分有必要的，本論文以制備超級電容器新型碳材料為目的，探索了一種新的、工藝簡單的氮摻雜中空介孔碳球制備方法，并分別考察了該碳材料作為超級電容器的電極材料在堿性和中性電解質(zhì)溶液中的電化學(xué)性能。
　　本研究是以氨氣為氮源，以淀粉為碳前驅(qū)體，經(jīng)氯化鈣溶液和碳酸鉀/碳酸氫鉀緩沖溶液預(yù)處理后，進(jìn)行一步碳化和摻氮過程，得到氮摻雜中空介孔碳微球，并對合成中空碳微球的影響因素進(jìn)行部分考察，主要包括碳化溫度和預(yù)處理溶液的濃度等。

3、通過掃描電鏡、透射電鏡、XRD、XPS、BET吸附測試，對電極活性碳材料的微觀形貌、孔結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)進(jìn)行表征;通過循環(huán)伏安、恒流充放電和循環(huán)穩(wěn)定性對超級電容器的電化學(xué)性能進(jìn)行衡量，綜合分析電極碳材料的微觀形貌、孔結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)的性質(zhì)，以及電化學(xué)性能測試結(jié)果，探索其結(jié)構(gòu)性質(zhì)對超級電容器電化學(xué)性能的影響。
　　實驗結(jié)果表明，通過一步碳化和摻氮過程，能夠制備出分散性較好、粒徑分布相對均勻和形貌易控的氮摻雜中空碳微球，其比表面積高達(dá)7

4、50.6m2g-1，以6M KOH溶液作為電解液，在掃速為5mV s-1比容量為240Fg-1，在300mV s-1的高掃速下，其比容量達(dá)到163Fg-1;容量保持率為67.9％;在1MNa2SO4中性電解質(zhì)溶液中，掃速為5mV s-1比容量高達(dá)155Fg-1，在200mVs-1的高掃速下，其比容量仍能達(dá)到69.6Fg-1，其容量保持率為45％，在該中性電解質(zhì)中的操作電位窗口擴展至2.0V，擁有較大的能量密度。
　　氫氧化鉀溶液是