基于絲瓜絡介孔碳材料的電化學超級電容器.pdf

1、電化學超級電容器又叫雙電層電容器，它具有充放電快，較高比電容，以及良好的循環(huán)使用壽命等優(yōu)點。超級電容器在電子產(chǎn)品，電動汽車以及軍工產(chǎn)品等有巨大的應用前景。特別是近年來，隨著節(jié)能減排、綠色環(huán)保產(chǎn)品得到廣大市民的青睞，超級電容器作為環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品也受到研究學子的廣泛關注。
　　超級電容器主要組成部分包括電極、電解液以及隔膜，而電極材料是超級電容器最為核心部分，也是研究的重點。碳基材料是研究最早也最成熟的電極材料，包括活性炭、碳纖維、炭黑

2、、碳氣凝膠、碳納米管以及石墨烯等。但是，目前研究較多的碳基材料大多還處于實驗室理論研究階段。超級電容器的實際生產(chǎn)成本較高，電極材料來源匱乏，制備過程較為復雜。此外，超級電容器的比電容，比能量，循環(huán)使用壽命等電化學性能都有待進一步提高。本文旨在降低超級電容器生產(chǎn)成本，提高它的比電容、比能量等電化學性能。
　　本文以絲瓜絡為原材料，通過炭化、活化制備絲瓜絡活性炭。通過氮氣吸附脫附表征，絲瓜絡活性炭的比表面積高達2790m2/g，孔容為

3、1.3672cm3/g，平均孔徑為1.9588nm。以絲瓜絡活性炭作為電極材料，組裝成紐扣型超級電容器并測試其電化學性能。此外，研究了絲瓜絡活性炭結合石墨烯、Co3O4等制備復合材料在水系電解液中的電化學性能，表明絲瓜絡活性炭是一類電化學性能極好的電極材料。
　　以等質量的絲瓜絡活性炭組裝成紐扣型對稱超級電容器，電解液為6M KOH。在0.048A/g的電流密度下恒流充放電測試，工作電壓為1.2V，充放電線性關系以及對稱性較好。由

4、公式計算，絲瓜絡活性炭的比電容高達356.77F/g，能量密度為12.49wh/kg。大電流下，10000次循環(huán)充放電后，絲瓜絡活性炭比電容依然保持在最初的86.3％。且8000次充放電之后，能量效率維持在83%左右，表現(xiàn)出良好的循環(huán)使用壽命以及能量利用率。以1M C8H20BF4N/PC為電解液，等質量絲瓜絡活性炭組裝成紐扣型對稱超級電容器。當電流密度為0.2A/g時，絲瓜絡活性炭充放電過程線性關系以及對稱性良好，工作電壓達到2.7V

5、，比能量為16.395wh/kg。在6M KOH電解液中進行三電極測試，當電流密度為1A/g時，絲瓜絡活性炭的比電容為338F/g，這要好于大多數(shù)文獻報道的生物質活性炭的比電容。除此之外，我們還進行了三電極循環(huán)伏安以及電化學阻抗測試。特別是在1M Na2SO4電解液中循環(huán)伏安圖類似矩形，表現(xiàn)為雙電層超級電容器電化學行為。電勢窗口為-0.6~0.8V，表明其擁有較大的工作電壓范圍。
　　將絲瓜絡活性炭與石墨烯結合制備復合材料，以等質

6、量的復合材料組裝成紐扣型對稱超級電容器。當電解液為1M C8H20BF4N/PC，石墨烯與絲瓜絡活性炭的質量比為5%時，復合材料的比電容最大達到了130.8F/g。若以6M KOH為電解液，電流密度為35mA/g，其比電容為182.7F/g。充放電線性關系以及對稱性較好，表現(xiàn)為對稱型超級電容器的電化學行為，但比電容比絲瓜絡活性炭要小，表明絲瓜絡活性炭是一類電化學性能極好的電極材料。在大電流下，進行1000次循環(huán)充放電測試后，其比電容保有

7、率為97%，石墨烯與絲瓜絡活性炭復合材料擁有良好的循環(huán)使用壽命。在6M KOH電解液中進行三電極測試，電化學阻抗譜圖表明復合材料的傳質阻抗以及擴散阻抗都較小，這有助于提高超級電容器的使用壽命以及其他電化學性能。
　　將絲瓜絡活性炭與 Co3O4結合采用共沉淀法以及水熱合成法制備復合材料AC/Co3O4，以質量相等的復合材料組裝成紐扣型對稱贗電容器，其中電解液為6M KOH。采用共沉淀法，當Co3O4與AC質量比為30%，電流密度為

8、0.055A/g時，復合材料的比電容達到了516.2F/g，工作電壓范圍為1.2V。充放電過程線性關系、對稱性較差，表現(xiàn)出贗電容性能。在大電流密度下，1500次循環(huán)充放電后比電容衰減較為平緩，并未出現(xiàn)明顯的衰減，比電容保有率達到了95.5%，表現(xiàn)出良好的循環(huán)使用壽命。在電解液為6M KOH中進行三電極恒流充放電測試，當Co3O4與AC質量比為30%，電流密度為1A/g時，復合材料的比電容最大達到了603F/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能。