多孔碳微球的可控制备及其超级电容器性能研究.doc

多孔碳微球的可控制备及其超级电容器性能研究超级电容器由于具有大的功率密度、长的循环稳定性、快的充放电能力等优点,作为储能装备有很大的市场潜力。而电极材料是决定超级电容器性能的重要因素之一,具有分级多孔结构的多孔碳材料由于具有高的比表面积、均匀和可调的孔结构、良好的导电性和优异的化学稳定性等特性,这些独特的化学和物理特性是其作为超级电容器最理想的电极材料。到目前为止,已经吸引了广大科研工作者极大的兴趣。本论文以制备超级电容器新型碳材料为目的,探索了一种新的、工艺简单的具有分级多孔结构的碳微球制备方法,并分别考察了该碳材料作为超级电容器的电极材料在碱性和中性电解质溶液中的电化学性能。本研究是以淀粉为碳前驱体,通过硫酸铝钾溶液预处理淀粉后,与一定质量的碳酸钙混合,碳化后得到多孔碳微球,并对合成多孔碳微球的影响因素进行考察,主要包括碳化温度和预处理溶液的浓度。通过扫描电镜、XRD、XPS、BET测试,对活性碳材料的微观形貌、孔结构和表面官能团进行表征;通过循环伏安和恒流充放电对超级电容器的电化学性能进行测量,综合分析碳材料的微观形貌、孔结构和表面官能团,以及电化学性能测试结果,探索其结构性质对超级电容器电化学性能的影响。实验结果表明,通过一步合成法,能够制备出分散性较好、粒径分布相对均匀和形貌易控的多孔碳微球,其比表面积高达1179.0m2g-1,以6MKOH溶液作为电解液,在电流密度为0.5Ag-1时,比电容为300Fg-1,在20Ag-1的高电流密度下,其比电容达到228Fg-1;容量保持率为76%;在1MNa2SO4中性电解质溶液中,电流密度为1Ag-1比容量高达183.6Fg-1,在20Ag-1的高电流密度下,其比容量仍能达到123Fg-1,其容量保持率为66.9%。氢氧化钾溶液是一种腐蚀性液体,特别是在高浓度下,其腐蚀性更强,这限制了其在商业超级电容器中的应用,研究结果表明,该材料在中性Na2SO4电解质溶液中具有相对较高的比容量,降低了生产成本,有利于生态环境保护。