超級電容器用有序介孔碳材料的制備及其性能優(yōu)化.pdf

1、超級電容器由于具有功率密度高、充放電迅速、循環(huán)穩(wěn)定性好、價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)勢，受到了研究者們的廣泛關(guān)注。對于超級電容器來說，電極材料是影響其性能好壞的關(guān)鍵因素。因此，研究高性能電極材料對超級電容器的發(fā)展與應(yīng)用意義重大。目前，碳材料因比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、導(dǎo)電性良好，作為電極材料在超級電容器中得到了廣泛應(yīng)用。有序介孔碳作為碳材料中的重要一員，其發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)以及均一的孔徑分布，為電解液離子的快速傳輸提供了有利條件，是一類優(yōu)秀的碳材

2、料。本文以介孔分子篩KIT-6作模板，制備了三維立方有序介孔碳材料，并通過與金屬氧化物MnO2復(fù)合和硼摻雜兩種方式，對有序介孔碳材料進行性能優(yōu)化，取得了一系列有意義的結(jié)果。本論文的主要研究工作如下：
　　首先，以介孔分子篩KIT-6為模板，糠醇為碳源，通過納米注入法制備三維立方有序介孔碳材料，并探討了煅燒溫度對所制備的三維立方有序介孔碳材料的微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，所制備的材料均具有較高的比表面積和均一的孔徑分布。當(dāng)

3、碳化溫度為600℃時，材料的有序度最好，且具有最優(yōu)異的電化學(xué)性能。在掃描速率為1mV s-1時的比電容為256.86F g-1；在電流密度為1A g-1下，其比電容為220.3F g-1，在經(jīng)過10000次循環(huán)后，比電容保持率高達90％。此外，當(dāng)功率密度為1000W kg-1時，OMC-600超級電容器的能量密度為6.96Wh kg-1；當(dāng)功率密度增加到5000W kg-1時，OMC-600超級電容器的能量密度仍保持在6.53Wh kg

4、-1。
　　然后，將600℃條件下煅燒的有序介孔碳CMK-8與不同濃度的高錳酸鉀溶液反應(yīng)制備MnO2/OMCs復(fù)合材料，并探討了不同MnO2負(fù)載量對MnO2/OMCs復(fù)合電極材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，MnO2/OMCs復(fù)合材料繼承了有序介孔碳CMK-8的有序介孔結(jié)構(gòu)，且隨著負(fù)載量的增加，復(fù)合材料的有序度降低。MnO2/OMC-0.04表現(xiàn)出最優(yōu)異的電化學(xué)性能，在掃描速率為1mV s-1時的比電容為576.10F g

5、-1；在電流密度為1A g-1下，其比電容為554.8Fg-1。將其組裝成超級電容器經(jīng)過5000次恒電流充放電測試，其庫侖效率幾乎為100%。
　　最后，為了進一步改善有序介孔碳材料的電化學(xué)性能，在合成三維立方有序介孔碳材料的基礎(chǔ)上，引入雜原子硼，制備硼摻雜有序介孔碳材料，并進一步探討不同硼摻雜量對材料的結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：硼摻雜后材料的有序度基本能保持，且BOMCs具有較高的比表面積以及較集中的孔徑分布。此外，通