竹基活性炭的制备及其电化学性能的研究

论文摘要

超级电容器作为一种新型的可逆电化学能量贮存体系,具有高充放电功率密度、循环寿命长和无污染等优点,在众多的研究领域获得了较为广泛的应用。然而随着现代科学技术的飞速发展,对电极材料提出越来越高的要求,包括原料的清洁性和终产品的高稳定性、长寿命、储能密度大等一系列超级电容器技术发展的标志性性能。本论文从生物质原材料——竹材出发,先经过炭化处理,然后对得到的竹炭采用水蒸气和KOH两种活化剂活化,制备出超级电容器用电极材料——高比表面竹基活性炭。采用热重分析、比表面积及孔分布测试、XRD等手段分析了竹材的基本材性、竹基炭的性质;使用恒流充放电测试、循环伏安测试等手段分析了不同因素对于竹炭基超级电容器电极材料电化学性能的影响。实验结果表明:竹炭作为超级电容器电极材料的储能机理是基于双电层理论的,并且活化对于竹炭比表面积的提高是有效的,可以达到2365m2/g;对孔径的分布则主要集中在1.8nm、2.4nm和3-4nm附近。其中,竹炭中所含的微量元素、竹材炭化温度、竹炭活化剂种类以及活化温度对竹基炭作为超级电容器电极材料的比电容有一定的影响;当活化剂为KOH、活化温度为800℃时,竹基活性炭作为超级电容器电极材料的比电容高达205F/g,并且显示出很好的大电流充放电性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 竹材简介
• 1.2.1 我国竹材分布
• 1.2.2 竹材的结构
• 1.2.3 竹材的化学成分
• 1.2.4 竹材的应用
• 1.3 竹炭简介
• 1.4 活性炭的制备
• 1.4.1 活性炭的制备原料
• 1.4.1.1 植物类原料
• 1.4.1.2 矿物类原料
• 1.4.1.3 塑料类原料
• 1.4.1.4 其它含炭废弃物
• 1.4.2 活性炭的制备方法
• 1.4.2.1 气体活化法
• 1.4.2.2 化学活化法
• 1.4.2.3 气体/化学综合活化法
• 1.4.2.4 其它活化法
• 1.5 超级电容器及电极材料研究
• 1.5.1 超级电容器机理
• 1.5.1.1 非法拉第模式
• 1.5.1.2 法拉第模式
• 1.5.2 超级电容器分类
• 1.5.3 超级电容器电极材料研究
• 1.5.3.1 炭电极材料
• 1.5.3.2 金属氧化物电极材料
• 1.5.3.3 导电聚合物电极材料
• 1.6 选题意义及目的
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料及装置
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验装置
• 2.2 活性炭的制备
• 2.2.1 竹炭的制备
• 2.2.2 活性炭的制备
• 2.2.2.1 水蒸气活化
• 2.2.2.2 氢氧化钾活化
• 2.3 分析测试方法及条件
• 2.3.1 活性炭性能的分析测试
• 2.3.1.1 比表面积和孔径分布测试
• 2.3.1.2 热重分析
• 2.3.1.3 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.1.4 场发射扫描电镜
• 2.3.1.5 X射线衍射分析（XRD）
• 2.3.2 电化学性能测试
• 2.3.2.1 超级电容器组装
• 2.3.2.2 超级电容器电性能测试
• 第三章 竹材及竹炭结构性能分析
• 3.1 竹材结构性能分析
• 3.2 竹炭结构性能分析
• 3.2.1 炭化工艺制定及炭化收率
• 3.2.1.1 竹材的热重分析
• 3.2.1.2 竹材的炭化工艺及炭化收率
• 3.2.2 竹炭形貌特征
• 3.2.3 竹炭微量元素分析
• 3.2.4 竹炭 XRD分析
• 3.2.5 竹炭导电性分析
• 3.3 高比表面竹基活性炭结构性能分析
• 3.3.1 竹基活性炭活化收率
• 3.3.2 竹基活性炭比表面积及孔径分布
• 3.3.2.1 竹基活性炭比表面积
• 3.3.2.2 竹基活性炭吸附-脱附等温线
• 3.3.2.3 竹基活性炭孔分布
• 3.4 小结
• 第四章 竹基活性炭作为超级电容器电极材料的研究
• 4.1 竹基活性炭微量元素对超级电容器电性能的影响
• 4.2 竹炭炭化温度对超级电容器电性能的影响
• 4.3 竹基活性炭活化剂对超级电容器电性能的影响
• 4.4 竹基活性炭活化温度对超级电容器电性能的影响
• 4.4.1 超级电容器的比电容分析
• 4.4.2 超级电容器的循环伏安分析
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书