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《中国矿业大学》 2018年
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双电层电容器用改性褐煤基多孔炭材料的制备及性能研究

吴燕  
【摘要】:电化学电容器(也称超级电容器)由于具有快速充放电、高的功率密度、循环寿命长和环境友好等特点,受到了广泛关注。电极材料是决定电化学电容器性能的关键因素。多孔炭材料具有比表面积高、价格低廉以及导电性良好等特点,使其成为制备电化学电容器电极的首选材料。研究与开发具有高比表面积和适当孔隙的多孔炭是电极材料的研究热点。本论文以廉价的褐煤为碳源,通过掺杂木质素和水热炭化两种方法制备改性褐煤基多孔炭并将其作为电化学电容器的电极材料。采用氮气等温吸附法、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和透射电子显微镜(TEM)等对所制备的多孔炭结构进行表征,同时对多孔炭作为电极材料的循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等电化学性能进行了研究。主要的研究内容和结论如下:(1)胜利褐煤掺杂木质素共炭化活化制备改性褐煤基多孔炭。研究发现,木质素的失重范围较宽有利于孔道的拓展与延伸进而提高褐煤的孔隙,加入木质素可显著增大多孔炭的比表面积,但过量木质素加入发生扩孔作用导致部分孔的塌陷使多孔炭的比表面积减小。不同制备工艺所得多孔炭作为双电层电容器电极材料均具有良好的电化学性能,表现出典型的电容器特征,且比电容随着多孔炭的比表面积的增大而逐渐增大,但是二者不呈简单的线性正比关系。孔径分布对比电容也有较大的影响,2 nm以下的孔有利于增大比电容,活化温度的升高促进中孔的生成。制备的多孔炭PCA2(木质素与褐煤质量比为5:5、炭化温度为500 ~oC、活化温度为700 ~oC和碱炭比为3:1)有较大的比表面积和较好的孔径分布,在电流密度为40 mA g~(-1)时,比电容高达341 F g~(-1)。(2)对胜利褐煤进行水热炭化处理,用KOH活化制备改性褐煤基多孔炭。研究发现,经水热炭化处理所得多孔炭比直接活化褐煤所得多孔炭比表面积大,且多孔炭主要是以微孔为主。改变水热炭化温度、碱炭比和活化温度等参数,可有效调控多孔炭孔结构。在水热炭化温度为200 ~oC,碱炭比为3:1和活化温度为800 ~oC,所得多孔炭的比表面积为3069m~2 g~(-1),孔体积为1.68 cm~3 g~(-1),其表现出优异的电化学性能,当电流密度从40 mA g~(-1)增加到10 A g~(-1),比电容仅从295 F g~(-1)下降到210 F g~(-1),说明多孔炭电极材料具有好的倍率性能。且经过15000次循环,比电容下降率仅为6.2%,具有优异的循环性能。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM53

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄光许;徐冰;谌伦建;张传祥;邢宝林;;基于煤与麦秸秆共活化的超级电容器用活性炭电极材料的制备[J];煤炭学报;2012年08期
2 李海生;;超级电容器的分类与优缺点分析[J];通信电源技术;2011年06期
3 邢宝林;谌伦建;张传祥;潘兰英;黄光许;;中低温活化条件下超级电容器用活性炭的制备与表征[J];煤炭学报;2011年07期
4 于凌宇;;世界高端新产品超级电容器技术应用新格局[J];电源技术应用;2010年03期
5 刘凤丹;王成扬;杜嬛;陈明鸣;;苎麻基活性炭纤维超级电容器材料的制备[J];电源技术;2009年12期
6 张浩;曹高萍;杨裕生;徐斌;张文峰;;电化学双电层电容器用新型炭材料及其应用前景[J];化学进展;2008年10期
7 郭凯;李伟振;王立群;宋旭;;煤与生物质(稻秸秆)共热解反过程及协同性研究[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2008年05期
8 刘亚菲;胡中华;任炼文;杨静;陈晓妹;;高性能活性炭电极材料在双电层电容器中的应用[J];新型炭材料;2007年04期
9 肖仁贵,廖霞,曾祥钦;木质素对煤基活性炭影响分析[J];煤炭转化;2005年03期
10 张琳,刘洪波,李步广,何月德,张红波;碱炭比对活性炭孔结构及电容特性的影响[J];湖南大学学报(自然科学版);2005年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王华飞;夏笑虹;刘洪波;;活化工艺对石油焦基活性炭孔结构和电化学性能的影响[J];炭素技术;2015年06期
2 Vu Thi Trang;刘文静;赵广杰;;化学活化处理天然植物碳纤维的结构与性能[J];化工新型材料;2015年12期
3 冯培松;吕剑明;徐玮;;竹屑与煤混合制备活性炭的探讨[J];广东化工;2015年18期
4 冯培松;徐玮;;活化条件对贵州煤质活性炭吸附性能的影响[J];山东化工;2015年16期
5 胡晨;相佳媛;林跃生;刘皓;高飞;杨凯;来小康;;炭材料在铅炭超级电池负极中的应用[J];材料导报;2015年11期
6 叶云娜;谌伦建;刘林勤;王力;徐冰;李金旺;;制备工艺对煤基活性炭碘吸附性能的影响[J];材料导报;2015年S1期
7 朱平;蔡婷;韩高义;熊继军;;微型超级电容器PPy/GO-RuO_2复合膜电极的制备与电化学性能[J];无机材料学报;2015年05期
8 蒋绍阶;马丹丹;盛贵尚;;活性炭涂层电极电容去离子的性能[J];环境工程学报;2015年04期
9 邢宝林;陈丽薇;张传祥;郭晖;康伟伟;张乐;赵红雨;张扬;;玉米芯活性炭的制备及其电化学性能研究[J];材料导报;2015年06期
10 祁晓津;张康龙;胡奇林;;活性炭基超级电容器电极的制备及性能研究[J];当代化工;2014年12期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邢宝林;谌伦建;张传祥;潘兰英;黄光许;;中低温活化条件下超级电容器用活性炭的制备与表征[J];煤炭学报;2011年07期
2 朱孔远;谌伦建;黄光许;马爱玲;;煤与生物质共热解的TGA-FTIR研究[J];煤炭转化;2010年03期
3 成果;谢应波;龙东辉;张睿;凌立成;;超级电容器用新型微晶炭的结构及其电容性能[J];华东理工大学学报(自然科学版);2009年06期
4 张传祥;张睿;成果;谢应波;詹亮;乔文明;凌立成;;煤基活性炭电极材料的制备及电化学性能[J];煤炭学报;2009年02期
5 张浩;曹高萍;杨裕生;徐斌;张文峰;;电化学双电层电容器用新型炭材料及其应用前景[J];化学进展;2008年10期
6 郭凯;李伟振;王立群;宋旭;;煤与生物质(稻秸秆)共热解反过程及协同性研究[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2008年05期
7 谢应波;张维燕;张睿;成果;张传祥;凌立成;;采用KOH与NaOH活化剂所制活性炭表面化学性质及孔结构的比较[J];炭素;2008年02期
8 王大伟;成会明;;超级电容器电极材料研究新进展[J];科学通报;2008年08期
9 谢应波;张维燕;张睿;成果;张传祥;凌立成;;KOH与NaOH活化法所制活性炭孔结构及电化学性能的比较[J];炭素技术;2008年02期
10 杨静;刘亚菲;陈晓妹;胡中华;赵国华;;高能量密度和功率密度炭电极材料[J];物理化学学报;2008年01期
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1 杨勇;王言;蓝国钧;李健;李瑛;;氮掺杂多孔炭材料的制备及在多相催化中的应用[J];化学通报;2016年10期
2 唐丽娜;;突发性环境污染事故中功能性多孔炭材料的应用[J];才智;2011年26期
3 侯彩霞;孔碧华;樊丽华;郭秉霖;许立军;;硝酸改性无灰煤基多孔炭电极材料的制备[J];功能材料;2018年05期
4 张琳,刘洪波,张红波;双电层电容器用多孔炭材料的研究与开发[J];炭素;2003年04期
5 徐建康;武立强;范庆超;马昌;史景利;宋燕;;双峰分级多孔炭快速制备及其电化学性能研究[J];炭素;2018年01期
6 ;文摘[J];炭素技术;2008年01期
7 郑经堂,张引枝,王茂章;多孔炭材料的研究进展及前景[J];化学进展;1996年03期
8 赵静;王苗苗;张建安;吴明元;吴庆云;杨建军;;高氮掺杂多孔炭材料的制备及其氧化还原性能研究[J];炭素技术;2018年05期
9 邓陈芳;刘婷;季红梅;杨刚;;S掺杂多孔炭材料的合成及其在超级电容器中的应用[J];常熟理工学院学报;2017年04期
10 张金岭;鲍旭晨;代晓东;阎子峰;;多孔炭材料在二氧化钛光催化水处理中的应用[J];分子催化;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈光品;翟文礼;王章慧;余建国;赵永男;;相转化法制备聚丙烯腈基多孔炭材料及其电容性能的研究[A];第十三届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2014年
2 陆安慧;;纳米多孔炭材料的结构设计与可控制备[A];2015年中国化工学会年会论文集[C];2015年
3 王勇;张鹏飞;徐旋;巩玉同;李翼;李浩然;;氮掺杂的多孔炭材料及其在多相催化中的应用研究[A];中国化学会第28届学术年会第1分会场摘要集[C];2012年
4 姜希;邵长路;李兴华;刘益春;;冻干法制备多孔炭材料及其吸附性能研究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十二分会: 多孔功能材料[C];2016年
5 夏笑虹;刘洪波;黄衍瑞;石磊;何月德;;小分子二元酸/酚醛树脂共聚炭化制备多孔炭材料[A];第22届炭—石墨材料学术会论文集[C];2010年
6 周颖;姚七妹;邱介山;赵宗彬;;多孔炭材料的模板法制备及其性能研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
7 程虎;卞永荣;宋洋;蒋新;;多孔炭材料的制备及其在环境中有机污染物检测上的应用[A];中国土壤学会土壤环境专业委员会第二十次会议暨农田土壤污染与修复研讨会摘要集[C];2018年
8 周颖;姚七妹;邱介山;郭洪臣;王云鹏;赵宗彬;;多孔炭材料的模板法制备及其性能研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年
9 吴丁财;;新颖多孔高分子及其多孔炭材料的设计制备及应用研究[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题O:共价骨架高分子与二维高分子[C];2017年
10 巩玉同;魏中哲;王勇;;一种简单可持续的合成多级孔炭基材料的方法[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第37分会:能源纳米科学与技术[C];2014年
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1 刘宝宏;天富电力两技术填补国内空白[N];兵团日报(汉);2006年
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1 沈宇;含氮多孔炭材料及负载型贵金属催化剂的制备和性能研究[D];南京大学;2017年
2 吴明铂;多孔炭的制备及其孔结构、表面官能团的调控[D];大连理工大学;2003年
3 齐菊锐;稻壳基多孔炭的物理化学性能表征及应用的研究[D];吉林大学;2004年
4 孙玉珍;石油基多孔炭制备及其电化学性能研究[D];中国石油大学(北京);2016年
5 张忠洁;利用模板碳化法控制合成多孔炭材料及其电化学性能基础研究[D];合肥工业大学;2015年
6 袁晓玲;氮掺杂多孔炭材料的制备、表征及性能研究[D];吉林大学;2012年
7 王世萍;新型多孔炭材料的构筑及其在新能源技术中的应用[D];浙江大学;2015年
8 王帅;基于酚醛胺体系多孔炭材料的可控制备[D];大连理工大学;2014年
9 郭明晰;煤基多孔炭材料的制备及其电容性能研究[D];新疆大学;2016年
10 王自强;多孔炭材料在能量储存以及CO_2吸附的研究[D];大连理工大学;2016年
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1 邵文昊;铁—磷—氮共掺杂分级多孔炭材料的制备及其电催化性能研究[D];北京化工大学;2018年
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3 王楠;氮掺杂多孔炭基电催化材料的制备及其性能调控[D];北京化工大学;2018年
4 马卫平;面向超级电容的煤基多孔炭微观结构调控及电化学性能研究[D];中国矿业大学;2018年
5 吴燕;双电层电容器用改性褐煤基多孔炭材料的制备及性能研究[D];中国矿业大学;2018年
6 田忠卫;高附加值水生植物基多孔炭材料的制备表征及其性能研究[D];湘潭大学;2018年
7 姜希;冷冻干燥法制备多孔炭材料及其对有机污染物吸附性能研究[D];东北师范大学;2018年
8 张国荣;煤焦/木屑部分气化联产富氢气体和多孔炭[D];西北大学;2018年
9 王威;功能多孔炭的制备及性能研究[D];吉林大学;2018年
10 包丽;几丁质基氮掺杂多孔炭材料的制备及其电化学性能研究[D];杭州电子科技大学;2018年
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