杂原子掺杂生物质基超级电容器电极材料的制备与电性能研究.pdf

摘要 摘要 生物质基多孔炭超级电容器电极材料是一种以生物质为原料制备而成的电极材 料，应用于超级电容器领域。本论文以几种生物质为原料，利用其良好的表面修饰性、 廉价易得性以及可工业化应用等优势，制备出杂原子掺杂超级电容器电极材料。研究 内容如下： （1）氮掺杂竹活性炭材料 （NC ）以竹炭为炭前驱体，三聚氰胺为氮源制备而成，通 过控制活化时的炭碱比，研究其电化学性能。结果表明在 1 A/g 电流密度下比电容量 高达 224 F/g ，相对于空白样 （BC-1）比电容量提高了 86.6%。在 10 A/g 电流密度下 经 5000 次循环充放电后仍可达到 93%的初始电容保持率。 （2 ）以竹粉为炭前驱体，三聚氰胺为氮源，K CO 为预活化剂，通过物理机械预处 2 3 理在竹粉表面成功接入含氮官能团，通过两次活化工艺成功制备了氮掺杂竹基多孔炭 电极材料 （N-BC ）。在两电极体系测试中，N-BC-3 不仅表现出高的比电容量 （0.1 A/g 时为 258 F/g ），还具有出色的循环稳定性能（5000 次充放电循环后电容保持率为 97.4 ％）。 （3 ）以玉米芯为原料，采用亚硫酸盐制浆工艺提取磺酸盐，以十六烷基三甲基溴化 铵（CTAB ）为软模板，经过水热炭化和高温活化制备了硫掺杂球状多孔炭材料 （S- PC ）。在电流密度为 0.1 A/g 下比电容量高达 384 F/g ；当电流密度增加至 50 A/g 时， 比电容量仍可维持在 191 F/g 。经 10000 次循环充放电后初始比电容量维持在 99.4%， 具有优异的稳定性。 关键词：生物质，多孔炭，电极材料，杂原子掺杂，超级电容器。 I 目录 目录 1 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 炭材料制备过程简介 2 1.3 竹炭基超级电容器电极材料 3 1.3.1 竹基多孔炭材料 3 1.3.2 竹炭/聚合物复合材料 4 1.3.3 竹炭/金属氧化物复合材料 6 1.3.4 竹炭/杂原子掺杂复合材料 7 1.4 木质素基超级电容器电极材料 9 1.5 展望 10 1.6 论文选题意义及主要研究内容 11 1.6.1 论文选题意义 11 1.6.2 主要研究内容 11 2 实验药品、仪器及表征方法 13 2.1 实验仪器与设备 13 2.2 实验所用材料及药品 14 2.3 样品的表征方法及电极制备 14 2.3.1 样品的表征方法 14 2.3.2 电容器电极的制备 15 2.3.3 两电极与三电极超级电容器组装 16 2.4 电化学测试方法 16 2.4.1 三电极体系 16 2.4.2 两电极体系 17 3 氮掺杂竹活性炭材料的制备与电性能研究 19 3.1 前言 19 3.2 氮掺杂竹活性炭材料的制备 19 3.3 结果与分析 20 3.3.1 氮掺杂竹活性炭材料的表征 20 3.3.2 氮掺杂竹活性炭材料电化学性能分析 24 3.4 本章小结 27 4 氮掺杂竹基多孔炭材料的制备与电性能研究 29 4.1 前言 29 V 目录 4.2 制备方法 29 4.3 结果与讨论 31 4.3.1 氮掺杂竹基多孔炭材料形貌及结构分析 31 4.3.2 氮掺杂竹基多孔炭材料的电化学性能测试与分析 36 4.4 本章小结 40 5 硫掺杂球状多孔炭材料的制备与电性能研究 4 1 5.1 前言 4 1 5.2 材