生物质碳材料的制备及电化学性能

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringPreperationandElectrochemicalPerformanceofBiomassbasedCarbonMaterialsPh.D.Candidate：ChengchengZhangMajor：MaterialsScienceandEngineeringSupervisor：Prof.JijiangFuWuhanUniversityofScienceandTechnologyWu

2、han,Hubei430081,P.R.ChinaMay19,2015摘要超级电容器是一种具有大的功率密度、长的循环寿命、高的安全性的新型储能器件，广泛应用于便携电子设备、混合动力汽车等领域。碳材料因其高导电性、廉价以及高化学稳定性，是目前商用的最主要超级电容器材料。将废弃生物质转化为碳材料不仅合理利用了资源，而且从一定程度上解决了传统处理方式造成的环境问题。本论文以三种不同的生物质为前驱体，分别通过与KOH的活化处理得到多孔结构的活性炭，并通过进一步的复合，优化材料整体电容性能。（1）以稻壳为前驱体，经过活化处理后得到具有高比表面积（2523.4m2/g）的多孔活性炭，在1

3、A/g的电流密度下的比电容高达250F/g，循环稳定性也较为突出，经过10000次循环之后比电容仍能保持初始的86.6%；（2）以柚子皮为前驱体，活化处理得到的多孔活性炭与石墨烯和碳纳米管复合制备成柔性自支撑的膜电极，不需要额外的粘合剂和集流体，直接作为电极材料应用。石墨烯和碳纳米管不仅作为整体结构的三维导电网络，而且极大提升了材料的机械弯折性能。其中的活性炭贡献的比电容从187F/g提高到210F/g，倍率性能也有一定的改善；（3）将葡萄糖与氧化石墨烯混合水热制备了片层结构的石墨烯/活性炭复合材料，后续的活化处理改善了活性炭的比表面积，更有利于电解液的浸润和离子的迁移，插入

4、其中的石墨烯片层提供了良好的电子导电性，为材料整体性能的优异提供了保证。关键词：生物质；超级电容器；多孔活性炭；复合材料IAbstractSupercapacitors,whichareefficientenergystoragedeviceswithsuperiorpowerdensity,longcyclelife,highsecurity,arewidelyusedinthefieldofportableelectronicproductsandhybridelectricvehicles.Currentlycommerciallyavailablesupercapac

5、itorsareofelectricaldouble-layercapacitors(EDLCs).Biomassesarerecyclableandabundantonearthandtheirconversionintousablecarbonisagreenandeconomicalmethod.Inthisarticle,weusethreedifferentbiomassmaterialsasprecursorstoprepareporousactivatedcarboninthepresenceofpotassiumhydroxide.Moreprocedures

6、havebeendonetooptimizethecapacitiveperformanceoftheoverallmaterials.(1)Ricehuskwasactivatedwithpotassiumhydroxidetomanufacturetheporousactivatedcarbonwhichhasaspecificsurfaceareaof2523.4m2/g.Itperformshighspecificcapacitanceof250F/ginthecurrentdensityof1A/gandexcellentcyclingstabilitywhoses

7、pecificcapacitanceremains86.8%after10000cycles.(2)Shaddockpeelwastransformedtoporousactivatedcarbon.Grapheneandcarbonnanotubeswereusedasannexingagenttoformflexiblefreestandingelectrodefilmwhichcanbedirectlyusedassupercapacitorelectrodewithoutbinderandcur