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酚醛树脂基多孔玻态炭电极材料的制备与电化学性能研究

作　者: 尹金山
导　师: 陈晓红
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料学
关键词: 玻态炭 超级电容器 有机体系 无机体系 CO2活化
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


超级电容器是近年来迅速发展起来的一种新型储能装置。玻态炭具有机械强度高、化学性能稳定和导电性良好等特点,可直接用作超级电容器的电极,功率密度高,但比电容偏低。本文以热塑性酚醛树脂为原料、分别采用CO2活化、聚合物共混炭化和聚合物共混炭化、KOH活化制备了三种高性能的多孔玻态炭电极,采用氮吸附表征了其孔结构,采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等评价了其电化学电容性能。将热塑性酚醛树脂与六次甲基四胺混合固化、热压成型、炭化、CO2活化制备有机体系超级电容器用中孔玻态炭电极。探讨了活化时间和活化温度对所制备的玻态炭电极的结构与电化学性能的影响。不经过CO2活化制备的玻态炭比表面积低、总孔容小,在1mol/L Et4NBF4/PC有机电解液体系中的比电容仅为27.0F/g。随着活化时间的延长、活化温度升高,微孔逐渐转变为中孔,比表面积、总孔容都明显增大,内阻降低,900℃高温活化90min制备的炭电极出比表面积1563m2/g、孔容1.87 cm3/g、中孔率78%,在1mol/L EtNBF4/PC电解液体系比电容达到108F/g,1A/g容量保持率73%。在热塑性酚醛树脂中加入聚乙二醇为致孔剂,成型后只经炭化制备出了整体呈微孔结构的玻态炭电极。随聚乙二醇添加量增加,玻态炭电极的比表面积和孔容增大。聚乙二醇添加量为35%制备的玻态炭比表面积591m2/g,以微孔为主,在7mol/L KOH电解液中比电容151F/g,在2A/g电流密度下仍能保持51.7%。对聚合物共混炭化制备的玻态炭电极进行KOH活化造孔,使玻态炭电极的比表面积增大到636m2/g,在7mol/L KOH电解液中的比电容提高到200F/g,1A/g容量保持率在65%。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章 绪论  14-32
  1  14-21
    1.1 超级电容器的概念  14
    1.2 超级电容器的原理  14-18
    1.3 超级电容器的特点  18-19
    1.4 超级电容器的市场前景  19-20
    1.5 超级电容器的发展方向  20-21
  2. 玻态炭及其在电化学上的应用  21-27
    2.1 玻态炭的结构和性能  21-22
    2.2 玻态炭的制备方法  22-23
    2.3 玻态炭在电化学电容器上的应用  23-24
    2.4 纳米孔结构的控制方法  24-27
      2.4.1 调整工艺参数  24
      2.4.2 固化  24
      2.4.3 炭化  24-25
      2.4.4 活化  25-26
      2.4.5 造孔剂  26-27
  3. 工作介质  27-29
  4. 本课题研究的目的意义  29-30
  5. 本课题的主要研究内容  30-32
第二章 实验部分  32-38
  2.1 实验原材料与设备  32
    2.1.1 实验原材料  32
    2.1.2 实验设备及仪器  32
  2.2 玻态炭电极材料的制备基本流程  32-33
  2.3 超级电容器的组装  33
  2.4 材料结构表征  33-34
  2.5 超级电容器电化学性能的测试  34-38
    2.5.1 超级电容器恒流充放电行为测试  34
    2.5.2 超级电容器能量密度和功率密度  34-35
    2.5.3 超级电容器充放电效率测试  35
    2.5.4 超级电容器等效串联内阻和直流内阻测试  35-36
    2.5.5 超级电容器的循环伏安测试  36
    2.5.6 超级电容器的交流阻抗测试  36-38
第三章 CO_2活化制备有机体系超级电容器中孔玻态炭电极  38-48
  3.1 玻态炭电极材料的制备  38-39
  3.2 活化时间对玻态炭电极性能的影响  39-43
    3.2.1 中孔玻态炭样品的表征  39-40
    3.2.2 充放电曲线  40-41
    3.2.3 循环伏安  41-42
    3.2.4 交流阻抗  42-43
    3.2.5 本节小结  43
  3.3 活化温度对玻态炭电极性能的影响  43-46
    3.3.1 充放电曲线  45
    3.3.2 交流阻抗  45-46
  3.4 大电流性能  46
  3.5 本节小结  46-48
第四章 聚合物共混炭化制备超级电容器玻态炭电极  48-54
  4.1 中孔玻态炭的制备  48-49
  4.2 样品孔结构分布与表征  49-50
  4.4 循环伏安  50-51
  4.5 交流阻抗  51-52
  4.6 大电流性能  52
  4.7 本章小结  52-54
第五章 聚合物共混、KOH活化制备超级电容器玻态炭电极  54-60
  5.1 样品制备  54
  5.2 样品孔结构分布与表征  54-56
  5.3 充放电曲线  56
  5.4 循环伏安  56-57
  5.5 交流阻抗  57-58
  5.6 大电流性能  58
  5.7 本章小结  58-60
第六章 结论  60-62
参考文献  62-68
致谢  68-70
作者和导师简介  70-72
研究成果及发表的学术论文  72-73
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  73-74

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 电容器
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