超级电容器用层次多孔炭材料的制备及其性能优化

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1、学校代码10530学号201230061381分类号O646密级硕士学位论文超级电容器用层次多孔炭材料的制备及其性能优化学位申请人赵青蓝指导教师王先友教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向物理化学二○一五年六月PreparationandperformanceimprovementofhierarchicallyporouscarbonsforsupercapacitorsCandidateQinglanZhaoSupervisorProf.XianyouWangCollegeCollegeofChemistryProgramChemistrySpecializatio

2、nPhysicalChemistryDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune2015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Ｗ标法引巧的内容外，不包含任何其他个人或集体撰写发表的科研成果一。对本论文所取得的科研成果做出定贡献的个人和集体，均已在文中明确标明。一本声明的切法律后果均由本人承担。作者签名：矣４金日期；年＾月日学位论文版枚使用授枝书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论

3、文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阁和借阅Ｊ。本人授权湘潭大学可Ｕｌ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。＾ｆ三作者签名；４音奎日期；年月日／导师签名日期：莫年月心日摘要活性多孔炭因具有良好的导电性，优良的物理化学稳定性，以及相对低廉的价格等优点而成为使用最广泛的超级电容器电极材料。但它以微孔为主，由于离子在弯曲而不规则的微孔中传输较慢，甚至无法到达某些微孔深处，因此限制了其有效利用率，也影响了其倍

4、率性能和功率特性。但如果对其孔结构进行有效的设计，使之具备微孔、介孔和大孔分级孔组合的层次多孔结构，其中大孔可作为离子缓冲池缩短离子扩散的距离，介孔可以促进双电层的形成，并减小离子传输的阻抗，而微孔则可为双电层电容的形成提供主要场所，从而获得高性能的新型超级电容器用炭材料。因此，本论文设计并制备了具有微孔、介孔和大孔分级孔组合的层次多孔炭材料，且在此基础上，通过对材料进行结构优化和改性研究，显著改进了其性能，取得了一系列有意义的成果。本论文的主要研究工作如下：-1(1)将碳化铬在700ºC氯化反应3h后，用浓度为16molL的硝酸进一步处理得到了具有表面官能团的层次多孔碳

5、化铬衍生炭，并探讨了活化工艺条件对所制备的层次多孔碳化铬衍生炭结构和性能的影响。研究表明，所得碳化铬衍生炭材料具有微孔、介孔和大孔分级孔组合的层次多孔结构，经硝酸处理后所得到的表面官能团修饰的层次多孔碳化铬衍生炭材料的比表面积和孔容降低了，但电化学性能却提高了，因为其表面的官能团能提高材料的亲水性，并增加其赝电容。在100ºC硝酸处理所得到的层次多孔碳化铬衍生炭C(Cr3C2)-M100在扫描速率-1-1-1为5mVs时的比电容为209Fg，在电流密度为1Ag时的比电容为206.5F-1g，在5000次恒流充/放电循环后的比电容保持率可达90%。(2)以糠醇为碳源，以十六

6、烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酸、正硅酸乙酯为模板，在水热条件下合成了内部孔道互通的层次多孔炭微球(HPCMS)，并探讨了原料配比对所合成材料结构和电化学性能的影响。研究发现，当糠醇与正硅酸乙酯2-1摩尔比为2:1时，所得层次多孔炭微球HPCMS-2的比表面积最大(709mg)，-1电化学性能也最好。HPCMS-2电极材料在扫描速率为5mVs时比电容为171F-1-1-1g，在电流密度为1Ag时比电容为221Fg。以HPCMS-2为电极材料组装成-1的超级电容器经5000次循环后，其比电容仍能保持在50Fg。(3)以二氧化硅微球纳米阵列为硬模板，以三嵌段共聚物PEO20PPO7

7、0PEO20(P123)为软模板，以蔗糖为碳源，成功合成了三维有序层次多孔炭材料(3DHOPC)，并探讨了所用二氧化硅微球的粒径对所合成材料结构和电化学性能的影响。研究发现，当二氧化硅微球粒径为80nm时，所合成的三维有2-1序层次多孔炭材料3DHOPC-80的比表面积最高(709mg)，电化学性能也最好。I-1-13DHOPC-80电极材料在扫描速率为5mVs和电流密度为1Ag时的比电容分-1-1别高达243.5Fg和247Fg。以3DHOPC-80为电极材料组装而成的超级电容器，经历10000次循环后比电容保持率可达91%