基于棉花的多孔碳材料制备及其在超级电容器领域的应用的任务书.docx

基于棉花的多孔碳材料制备及其在超级电容器领域的应用的任务书
任务书
题目：基于棉花的多孔碳材料制备及其在超级电容器领域的应用
一、研究背景
随着现代科技的持续发展，人们对于能源的需求不断增加。传统的化石能源逐渐被淘汰，替代能源的研究变得越来越重要。超级电容器因其高能量密度、长寿命、快速充放电等优点，成为了替代传统电池的一个研究热点。而超级电容器材料的研究也变得越来越重要。
多孔碳材料因其比表面积大、孔径可控等优点，成为制备超级电容器的重要材料之一。目前，多孔碳材料的制备主要依赖于非可再生的石墨化学方法，例如热解法、化学气相沉积法等。这些方法所使用的前驱体往往具有高成本、难以获得等问题。此外，这些方法所制备的多孔碳材料在表面处理、形貌控制等方面存在诸多限制。
纤维素废弃物如棉花资源丰富，价格低廉，是一种十分合适的低成本碳源。因此，利用棉花制备多孔碳材料具有一定的应用前景。
二、研究目的
本课题旨在通过利用棉花制备多孔碳材料，研究多孔碳材料的制备方法及其在超级电容器领域的应用。
三、研究内容
（一）多孔碳材料的制备
1.收集棉花，并根据不同的处理方法进行处理。
2.将处理后的纤维质量转化为碳素材料。
3.利用模板法制备多孔碳材料。
4.考察制备条件对多孔碳材料孔径和表面积的影响。
（二）多孔碳材料性能测试
1.对制备的多孔碳材料进行物理化学性质测试。
2.利用电化学方法测试多孔碳材料的电容性能。
3.测试多孔碳材料在不同电压下的电容性能变化。
（三）超级电容器的组装及测试
1.利用制备的多孔碳材料制备超级电容器。
2.对超级电容器进行性能测试，如能量密度、功率密度等。
四、研究意义
本课题可以：
（一）发展可再生低成本碳源制备多孔碳材料的新方法。
（二）优化制备过程，制备表面积大、孔径可控的多孔碳材料。
（三）研究多孔碳材料的电容性能，为其在超级电容器领域的应用提供理论依据。
（四）利用制备的多孔碳材料制备超级电容器，并测试其性能。优化制备过程，提高超级电容器的能量密度和功率密度。
五、研究方法
采用棉花为原料，利用模板法制备多孔碳材料。通过物理化学性质测试、电化学性能测试等手段研究其电化学性质。利用制备的多孔碳材料制备超级电容器，进行性能测试。
六、研究步骤与进度
（一）多孔碳材料的制备
第一年8月－第二年6月
1.收集棉花并进行处理，得到纤维素质量。
2.将纤维质量碳化，制备多孔碳材料。
3.优化制备条件，控制多孔碳材料的孔径和表面积。
（二）多孔碳材料性能测试
第二年7月－第三年2月
1.对制备的多孔碳材料进行物理化学性质测试。
2.利用电化学方法测试多孔碳材料的电容性能。
3.测试多孔碳材料在不同电压下的电容性能变化。
（三）超级电容器的组装及测试
第三年3月－第三年7月
1.利用制备的多孔碳材料制备超级电容器。
2.对超级电容器进行性能测试，如能量密度、功率密度等。
七、预期成果
1.利用棉花制备多孔碳材料的新方法。
2.制备表面积大、孔径可控的多孔碳材料。
3.研究多孔碳材料的电容性能，为其在超级电容器领域的应用提供理论依据。
4.利用制备的多孔碳材料制备超级电容器，优化超级电容器的能量密度和功率密度。
八、参考文献
1.Wang,X.,Li,Q.,Yi,X.,Liu,Y.,&Zheng,B.(2018).Biomass-derivedporouscarbonmaterialsforsupercapacitors.Biosciences,BiotechnologyResearchAsia,15(1),99-109.
2.Xin,P.,Li,M.,Xu,S.,Wang,Y.,Chen,J.,&Teng,Y.(2017).Preparationandelectrochemicalperformanceofporouscarbonspheresforsupercapacitors.MaterialsResearchExpress,4(5),054005.
3.Liu,Y.,Li,Y.,Song,L.,&Li,G.(2020).Biomass-DerivedPorousCarbonMaterialsforSupercapacitors:StateoftheArtandFutureProspects.FrontiersinChemistry,8,591885.
4.Sun,L.,Liu,Y.,Xu,L.,Zhang,X.,Deng,P.,&Xin,S.(2018).Preparationofporouscarbonmaterialsfromwastecottonfabricsandtheirapplicationinsupercapacitors.JournalofCleanerProduction,171,1469-1476.