含氮活性炭作為超級電容器電極材料的研究.pdf

1、超級電容器由于具有優(yōu)于傳統(tǒng)電容器的能量密度以及電池的功率密度的特點,受到了人們的廣泛關注。超級電容器的研究主要集中在電極材料方面,活性炭材料具有價格低廉、比表面積高、孔徑可調(diào)、電化學性能優(yōu)越以及環(huán)境友好的特點在雙電層電容器方面研究最多。
　　在制備高比電容碳材料上,除了采用提高比表面積、調(diào)節(jié)孔徑的方法來提高雙電層行為外,還可以在碳材料上引入含氮官能團來提高贗電容行為。富氮一般分為兩種方法:①用含氮的化學試劑處理碳材料;②利用富氮前

2、驅體進行原位摻雜。從這個觀點出發(fā),本文首先以天然富氮的可再生生物廢棄物為原料,采用低成本、環(huán)保、節(jié)能的工藝方法,直接碳化頭發(fā),制備超級電容器用天然富氮活性炭。分析材料的形貌、表面性質(zhì)和結構,并與商業(yè)椰殼基活性炭對比電化學性能。其次,利用化學試劑硝酸、尿素、氨水對商業(yè)椰殼基活性炭表面改性,分析活性炭富氮之后的表面性質(zhì)和孔徑結構,考察其作為超級電容器電極材料的電化學性能,并且與改性前活性炭的電化學性能進行對比。主要工作如下:
　　以頭

3、發(fā)為原料,采用簡單的工藝方法制備活性炭,分別用還原劑和去離子水活化,惰性氣體保護,700℃下煅燒1h,得到頭發(fā)基活性炭。80℃去離子水浸泡之后,碳化得到的頭發(fā)基活性炭,比表面積雖然只有441.34m2g-1,在三電極體系下,6M KOH為電解液,5 A g-1的電流密度進行恒流充放電,比電容卻達到了154.5Fg-1,性能優(yōu)于不含氮的商業(yè)活性炭(134.5 F g-1),循環(huán)10000圈,電容損失僅為5％。電流密度增加到15 A g-1

4、時,比電容還能保持在130.5 F g-1。因此,通過簡單、節(jié)能、環(huán)保的工藝手段,直接碳化,避免化學試劑活化,制得的層狀結構的無定形碳適合用于雙電層電容器電極材料。
　　硝酸、氨水、尿素三種化學試劑對商業(yè)活性炭進行表面改性:①商業(yè)活性炭在15%的氨水中80℃下回流1h;②商業(yè)活性炭和尿素混合,惰性氣體保護,950℃下煅燒半小時;③商業(yè)活性炭在硝酸預氧化之后與尿素混合,惰性氣體保護,950℃下煅燒半小時。氨水富氮的活性炭在小于4Ag