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金属有机基多孔碳材料的制备及其超级电容特性研究

发布人:杜康集团 来源:杜康集团 www.erwyyv.tw更新日期: 2018-08-30 14:39:59

金属有机基多孔碳材料的制备及其超级电容特性研究

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金属有机基多孔碳材料的制备及其超级电容特性研究


电化学电容器(ECs),从其原理上来讲是一种集传统电容器和电池/燃料电池种种优点于一身的新型能量储存设备和转换装置,由于该装置具有功率密度高、充放电速度快、循?#32933;?#21629;长等优点,在电信设备、便携式电子设备、备用电源系统以及混合动力汽车等领域有着广泛的应?#20204;?#26223;。高性能电极材料的研究是发展超级电容器技术的关键所在。因具有大的比表面积的多孔碳材料在超级电容器电极材料中得到了广泛的应用。因此,本论文采用金属有机?#32652;?#21270;合物MOF-5作为碳前躯体或模板制备具有不同孔结构的多孔碳材料,探?#21046;?#21046;备工艺及进行相应的改性研究。主要的结果如下:<b... 电化学电容器(ECs),从其原理上来讲是一种集传统电容器和电池/燃料电池种种优点于一身的新型能量储存设备和转换装置,由于该装置具有功率密度高、充放电速度快、循?#32933;?#21629;长等优点,在电信设备、便携式电子设备、备用电源系统以及混合动力汽车等领域有着广泛的应?#20204;?#26223;。高性能电极材料的研究是发展超级电容器技术的关键所在。因具有大的比表面积的多孔碳材料在超级电容器电极材料中得到了广泛的应用。因此,本论文采用金属有机?#32652;?#21270;合物MOF-5作为碳前躯体或模板制备具有不同孔结构的多孔碳材料,探?#21046;?#21046;备工艺及进行相应的改性研究。主要的结果如下:
  以MOF-5为碳前躯体,在不同的温度下直接炭化制备了具有不同比表面积的多孔碳材料(PCs)。通过TEM、XRD、氮气吸脱附等温线等对制备的PCs样品的物理化学性能进行表征。测试结果表明,所有制备的材料均?#36234;?#23380;结构为主,且为部分石墨化的多孔碳。其中,900℃炭化下制备的多孔碳材料(PC-900)具有较大的BET比表面积(1000m2g-1)及较窄的孔径分布(2-10nm)。?#20918;?#29616;出了最佳的电化学电容特性,在6.0molL-1 KOH电解液中,电流密度为1Ag-1时,它的比电容高达60.4Fg-1,5000次循环后比.电容几乎没什?#27492;?#20943;。
  为了提高材料的活性,对以MOF-5为碳前躯体,炭化温度为900℃所制备的碳材料用16molL-1 HNO3进行活化处理,得到了活性多孔碳材料(APC-900)。并利用红外光谱研究其表面含氧官能团的变化,同时对其进行电化学测试。结果表明?#27827;?#27963;化前的材料PC-900相比,APC-900的比表面积及平均孔径均有所减小,但其表面含氧官能团明显增加,同?#21271;?#29616;了更好的电容特性,在1mVs-1扫描速度下APC-900电极的比电容高达312.8Fg-1,而PC-900电极的比电容只有207.8Fg-1。
  以MOF-5为模板,糠醇为碳源,在900℃下制备了多孔碳材料(PC-F)。为了改善多孔碳材料PC-F的表面结构和电化学性能,采用16molL-1 HNO3进行活化处理,得到活性多孔碳材料(APC-F)。并对样品的物理及其电化学性能进行表征。结果表明:经过浓HNO3活化处理后的材料的表面含氧官能团增加,电化学性能明显提高,在1mVs-1扫描速度下APC-F电极的比电容高达317.2Fg-1。
  将APC-F多孔碳材料组装成扣式电容器,并探讨了不同水系电解液对其电化学性能的影响。结果表明:APC-F电容器在6molL-1 KOH电解液中表现了最佳的电化学行为性能,在电流密度为1Ag-1时,其比电容达到77.0Fg-1。

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