层次多孔碳电极材料制备及其超级电容特性的研究

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1、ThestudiesonpreparationandsupercapacitivebehaviorsofhierarchicallyporouscarbonselectrodematerialCandidateXiaoyanZhangSupervisorProf.XianyouWangCollegeChemistryProgramPhysicalChemistrySpecializationElectrochemistryChemicalpowersourcesDegreeMasterofScienceUniver

2、sityXiangtanUniversityDateJune2012II湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是在导师的指导下由本人独立研究所取得的科研成果。除了文中加以标注引用的内容外，不包含任何其他个人或集体撰写发表的科研成果。对本论文所取得的科研成果做出一定贡献的个人和集体，均已在文中明确标明。本声明的一切法律后果均由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论

3、文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日III摘要电化学电容器(ECs)，又称为超级电容器、超电容器或者赝电容器，是一种结合了传统电容器和电池的新型能量储存设备及转换装置，因其具有快速充放电、长循环寿命、低内阻和高功率密度等特点而引起了研究学者的广泛兴趣和关注。ECs的发展关键在于其高性能电极材料的开发和研究。目前，应用最广泛的电极材料为大比表面

4、碳材料。而碳材料中的层次多孔碳(HPCs)由于合成方法简单，具有大比表面、可控孔径和多种孔结构等优点受到了越来越多的关注。本论文以氧化镍/表面活性剂为双模板、酚醛树脂作为碳源，采用溶胶-凝胶自组装方法合成了层次多孔碳材料。并探讨了表面活性剂(CTAB)初始浓度的改变、不同的活化方法和不同的水系电解液对层次多孔碳材料的物理结构及其作为超级电容器电极材料的电化学性能影响。通过调节硝酸镍与CTAB初始质量比制备了五种层次多孔碳材料。通过FE-SEM等测试手段考察了HPCs的形貌，氮气吸脱附测试研究了层次多孔碳材料的比表面

5、积和孔径。其结果表明所制备的碳材料含有微孔-介孔-大孔的微观结构。当硝酸镍与表面活性剂初始质量比为4:4时所制备出的HPCs(标记为HPCs-3)2-1-1显示出最大的比表面积(689mg)。在6.0molLKOH电解液中，通过CV测-1-1试表明在扫描速率为1mVs时，HPCs-3单电极比电容高达272Fg。初始质量比为4:4的硝酸镍与CTAB所制备的碳材料进行HNO3和ZnCl2两种化学活化，讨论不同后处理对碳材料的物理特性以及电化学性能的影响。测试结果表明活化处理增加了碳材料比表面积；ZnCl2活化增加了碳表

6、面含O官能团，而HNO3活化不仅增加了碳表面含O官能团，还增加了含N官能团。碳材料的电化学性能经过活化之后有很大的提高。特别是HNO3活化的碳材料(标记为HPCs-HNO3)表现出最佳的电化学性能：最高比电容、稳定的循环性和最小内阻。初始质量比为4:4的硝酸镍与CTAB，HNO3活化制备的碳材料组装成超级-1-1电容器，研究其在水系电解液2.0molL(NH4)2SO4，2.0molLNa2SO4，0.5mol-1-1LH2SO4和6.0molLKOH中的电化学性能。结果表明经过HNO3活化的层次-1多孔碳超级电容

7、器在6.0molLKOH电解液中，表现出最佳的电化学性能。循环寿命测试结果显示活性HPCs超级电容器在不同水系电解液中，电压范围为-10.0~1.0V及0.0~1.2V时都表现出良好的循环稳定性，特别是在6.0molLKOH电解液中稳定性最好，循环上千次而容量衰减很小。恒流充放电测试表明在6.0-1molLKOH电解液中的等效串联电阻最小为2.83Ω。关键词：超级电容器；层次多孔碳；表面活性剂；活化；水系电解液IVAbstractElectrochemicalcapacitors(ECs),namedsuperca

8、pacitorsorultracapacitorsandpsuedocapacitors,arespecificandnew-styledevicesbycombiningtraditionalcapacitorsandbatteriesforenergystoresandconversion.ECshavegainedasignificantamounto