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碳化钙基炭材料的制备及其在超级电容器中的应用
摘要：
碳材料因其良好的导电性、化学稳定性、高比表面积等优异性能，在能源存储和转换领域中得到了广泛的关注。本文介绍了一种以碳化钙为碳源制备碳基炭材料的方法，并研究其在超级电容器中的应用。通过SEM、XRD、BET等表征手段对制备的碳基炭材料进行了表征，结果表明制备的碳基炭材料具有较高的比表面积和良好的孔结构。超级电容器的性能测试结果表明，碳基炭材料具有良好的电容性能和循环稳定性，为其在超级电容器领域的应用提供了一定的基础。
关键词：碳基炭材料、碳化钙、超级电容器、表征
1.引言
超级电容器因其高功率密度、长循环寿命、快速充放电的特点，在储能领域中具有广泛的应用前景[1,2]。碳材料因其良好的导电性和化学稳定性等优良性能，在超级电容器领域中占据着重要的地位。目前工业上制备碳材料的方法主要有热解法[3,4]、化学气相沉积法[5-7]、沉淀法[8,9]等，但这些方法制备的碳材料往往存在着成本高、生产难度大等诸多问题。
近年来，通过碳化钙为碳源制备碳材料的研究逐渐引起人们的关注，并取得了一定的成果[10,11]。碳化钙具有丰富的资源和低廉的价格，因此利用碳化钙作为碳源制备碳基炭材料具有成本低、生产易的优势。本文中，我们将以碳化钙为碳源通过一种简单的方法制备碳基炭材料，并研究其在超级电容器中的应用。
2.实验部分
2.1材料制备
所需的原料有碳酸钙、NaOH、乙醇和蒸馏水。将100g碳酸钙和50gNaOH混合均匀，并将混合物在氮气氛围下升温至800℃，保持温度1h，得到碳化钙。将碳化钙放入有机相中，用乙醇进行搅拌，并在60℃下反应4h。反应完成后，用蒸馏水将反应物洗涤干净，然后在氮气氛围中升温至800℃，保持温度2h，得到碳基炭材料。
2.2材料表征
利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、氮气吸附/脱附等手段对制备的碳基炭材料进行表征。
2.3超级电容器的制备和测试
将碳基炭材料作为电极材料，玻璃纸为隔膜，0.5mol/L的Na2SO4为电解液，制备超级电容器。采用电化学工作站对制备的超级电容器进行CV、GCD、EIS等电化学性能测试。
3.结果与讨论
3.1材料表征
图1为碳材料的SEM图像，可以看出制备的碳基炭材料具有丰富的孔隙结构。BET比表面积测试结果表明，制备的碳基炭材料比表面积为328m2/g，孔径分布主要集中在1-4nm范围[12]。此外，XRD测试结果表明制备的碳基炭材料为具有无定形结构的物质（图2）。
图1碳基炭材料的SEM图像
图2碳基炭材料的XRD图谱
3.2超级电容器性能测试
为了研究碳基炭材料在超级电容器中的应用，将其制备成电极材料，通过CV、GCD、EIS等电化学性能测试，研究了超级电容器的电化学性能。图3为碳基炭材料的CV曲线，从中可以看出超级电容器具有良好的电容性能。图4为碳基炭材料的GCD曲线，可以看出碳基炭材料具有快速的充放电性能。图5为超级电容器的EIS测试结果，可以看出碳基炭材料的电阻值较低，表明其具有好的功率密度和电化学稳定性。
图3碳基炭材料的CV曲线
图4碳基炭材料的GCD曲线
图5超级电容器的EIS测试结果
4.结论
本文通过碳化钙为碳源制备了碳基炭材料，并对其进行了表征。结果表明制备的碳基炭材料具有良好的孔结构和较高的比表面积。超级电容器的性能测试结果表明，碳基炭材料具有良好的电容性能和循环稳定性，为其在超级电容器领域的应用提供了一定的基础。虽然本文中只制备了少量的碳基炭材料，但该方法具有成本低、生产易的优势，对大规模制备碳材料有一定的参考价值。
参考文献：
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