玉米秸秆芯基碳材料的制备及其超级电容性能研究

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1、分类号：TB34单位代码：10183研究生学号：2015434068密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）玉米秸秆芯基碳材料的制备及其超级电容性能研究PreparationofCarbonMaterialsDerivedfromCornStalkCoreandResearchonPerformanceofSupercapacitors作者姓名：朱贺类别：工程硕士领域（方向）：材料工程指导教师：于开锋教授刘喜民高级工程师培养单位：材料科学与工程学院2018年5月—————————————————————玉米秸秆芯基碳材料的制备及其超级电容性能研究—————————

2、————————————PreparationofCarbonMaterialsDerivedfromCornStalkCoreandResearchonPerformanceofSupercapacitors作者姓名：朱贺领域（方向）：材料工程指导教师：于开锋教授刘喜民高级工程师类别：工程硕士答辩日期：2018年5月26日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法

3、律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：Ｍ曰期：岣２年６月牛曰摘要玉米秸秆芯基碳材料的制备及其超级电容性能研究摘要随着经济的不断发展，能源短缺和环境污染等问题日益严重，寻找一种新型的绿色能源刻不容缓。作为一种能量储存装置，超级电容器结合了传统

4、电容器与电池的优点，具有充放电时间短、功率密度大和循环稳定性好等特点，其在航空航天、电动汽车和移动通讯上都有广泛的应用。电极材料是影响超级电容器性能的关键因素，其中，碳材料由于具有高比表面积、多孔性和良好导电性等特点，成为双电层电容器应用最广泛的电极材料，但是碳材料多源于煤和石油等不可再生能源，而且制备过程污染环境，因此，寻找一种可再生、无污染的原材料是当前研究的热点。以农业废弃物作为原材料不仅可以减少环境污染，而且可以最大化利用资源，节约成本。所以，本文以玉米秸秆芯作为原材料，制备出了活性碳材料并应用在超级电容器中，主要研究内容如下：（1）以玉米秸秆芯为原材料，通

5、过两步法（碳化和活化）制备出活性碳材料，由于活化温度是影响活性碳材料的主要因素，所以先对水热温度、水热时间和活化时间等实验条件进行了初步筛选，通过电化学性能测试得到的最佳工艺参数为水热温度-1150°C、水热时间3h、碱的浓度3mol·L、活化时间1h，在此基础上再讨论活化温度-1对碳材料的影响，得到最佳的活化温度为700°C。在1A·g的电流密度下，CSC-700-1的比容量为160.1F·g，循环1000圈后，保持率高达87.9%，在高电流密度下循环5000圈后容量仅衰减4%，体现了其较好的倍率性能和稳定性。CSC-700的比表面积为2-11440.45m·g，

6、具有大量的孔隙结构，为电解液离子的转移与脱嵌提供了便利，可以显著提升其电化学性能。（2）研究表明，掺杂可以提高材料的比容量，而且，硝酸镍可以增加材料的比表面积，所以本文利用玉米秸秆芯自身的海绵状结构，充分吸收硝酸镍溶液之后，再对玉米秸秆芯进行碳化和活化。通过对硝酸镍浓度的探索，得出最佳的掺杂浓度是2%，-1-1CSC-2%在1A·g电流密度下的比容量是109.4F·g，当电流密度增加5倍之后，比容-1-1量的衰减率仅仅为3.5%，在1A·g和5A·g的电流密度下循环充放电1000圈和5000圈后，比容量保持率分别为81.9%和85.7%。但是，与CSC-700对比后

7、发现，掺杂后的样品容量低于未掺杂样品。I吉林大学硕士学位论文（3）考虑到制备的成本和步骤的复杂性，在第3章的基础上，对制备方法进行了改进，利用碱液将木质素等除去，再对剩余的纤维素进行碳化，不仅节约了成本，而且简化了制备过程。通过对碳化温度的探索，得到最佳的碳化温度为600°C。CE-600-1-1-1在1A·g电流密度下的比容量是154.2F·g，当电流密度增至5A·g后，比容量的保-1-1留率可以达到88.7%。在1A·g及5A·g的电流密度下循环充放电1000圈和5000圈后，比容量保持率分别为76.4%和92%，说明材料在大电流密度下的稳定性较好。与两步法