淀粉基活性炭的制备及在超级电容器中的应用

论文摘要

因具有超大的比表面、化学性能稳定、较好的导电性能等优点，活性炭成为了超级电容器电极的重要材料之一。用H3PO4活化法和物理-化学复合法制备淀粉基活性炭时对环境污染较轻、对设备腐蚀性较小。如何通过改进工艺来提高活性炭孔隙发达程度、比表面积、利于形成双电层孔的比例进而改善活性炭的电化学性能是本论文研究的重点。主要工作如下：1、采用H3PO4活化法和物理-化学活化法制备淀粉基活性炭，通过碘吸附、氮气吸脱附、红外光谱仪、SEM表征淀粉基活性炭的孔结构、化学结构和表面形貌。结果表明，H3PO4活化法制备活性炭过程中活化温度是重要的影响因素，随着活化温度升高比表面积先降低，随后又逐渐升高了，当活化温度升到850℃时制备的活性炭比表面积为970m2/g。物理-化学复合活化法在温度为850℃，活化时间为120min下，制备的淀粉基活性炭比表面积为1438m2/g。2、将制备的活性炭用于超级电容器，采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电技术测试其电化学性能。结果表明，比表面积与比电容并总是呈线性关系，550℃制备的活性炭比表面积仅为572m2/g，但是比电容达138F/g。物理-化学复合活化法在温度为850℃，活化30min下制备的活性炭比电容为158F/g。3、用制备的淀粉基活性炭作电极材料，以泡沫镍片、不锈钢网、石墨纸作为集流体制备电极。对活性炭电极的电化学性能进行测试，结果表明，石墨纸电极电化学性能最优，比电容达200F/g。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 活性炭的简介
• 1.2 活性炭的原料
• 1.2.1 植物原料
• 1.2.2 矿物类原料
• 1.2.3 塑料类原料
• 1.3 活性炭的制备
• 1.3.1 原料预处理
• 1.3.2 炭化
• 1.3.3 活化
• 1.4 活化过程的影响因素
• 1.4.1 活化温度的影响
• 1.4.2 活化时间的影响
• 1.4.3 活化剂比例的影响
• 1.5 超级电容器的简介
• 1.5.1 超级电容器的发展史
• 1.5.2 超级电容器的类型
• 1.5.3 超级电容器的工作原理
• 1.6 活性炭在超级电容中应用的现状
• 1.7 超级电容器电化学性能的影响因素
• 1.7.1 活性炭比表面积的影响
• 1.7.2 活性炭孔结构的影响
• 1.7.3 表面官能团的影响
• 1.7.4 掺杂金属离子的影响
• 1.7.5 其他影响因素
• 1.8 论文的提出及创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料及试剂
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验部分
• 3PO₄活化法制备活性炭'>2.3.1 H₃PO₄活化法制备活性炭
• 2.3.2 物理-化学复合法制备活性炭
• 2.3.3 超级电容器的组装
• 2.3.4 不同集流体电容器的制备
• 2.4 样品表征
• 2.4.1 活性炭收率的计算
• 2.4.2 碘吸附测试
• 2.4.3 N2吸-脱附测试
• 2.4.4 扫描电子显微镜
• 2.4.5 傅立叶一红外光谱（FT-IR）
• 2.4.6 电化学性能的测试
• 第三章 活性炭的制备及性能的研究
• 3PO₄法制备活性炭及其性能的研究'>3.1 H₃PO₄法制备活性炭及其性能的研究
• 3.1.1 活化剂比例和浓度对活性炭的影响
• 3.1.2 活化时间对活性炭的影响
• 3.1.3 活化温度对活性炭的影响
• 3.2 物理-化学复合法制备活性炭及其性能的研究
• 3.2.1 活化温度对碘吸附值的影响
• 3.2.2 活化时间对活性炭的影响
• 3.3 本章结论
• 第四章 淀粉基活性炭在超级电容器中的应用及电化学性能的研究
• 3PO₄法制备的活性炭电化学性能研究'>4.1 H₃PO₄法制备的活性炭电化学性能研究
• 4.1.1 循环伏安测试
• 4.1.2 活性炭电极充放电性能的研究
• 4.1.3 交流阻抗测试
• 4.2 物理-化学复合活化法制备的活性炭电化学性能研究
• 4.2.1 循环伏安测试
• 4.2.2 活性炭电极充放电性能的研究
• 4.2.3 循环稳定性的研究
• 4.3 本章结论
• 第五章 不同集流体的活性炭电极电化学性能研究
• 5.1 交流阻抗测试
• 5.2 循环伏安特性的研究
• 5.2.1 不同集流体电极的循环伏安特性
• 5.2.2 不同扫描速度下活性炭电极的循环伏安特性
• 5.3 活性炭电极充放电性能研究
• 5.4 本章结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的论文
• 作者简介
• 导师简介
• 附件