基于神府兰炭末制备超级电容器电极材料的研究

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超级电容器是一种新型的储能器件,其同时具有传统电容器的高功率密度和充电电池的高能量密度,且具有较长的循环使用寿命,可在大电流下充放电及安全环保等优点。活性炭是制造超级电容器电极的首选材料,其结构及性质对超级电容器的性能起着关键作用。本文以神府兰炭末为原料,以KOH为活化剂,在不同的工艺条件下制备了兰炭基活性炭,系统的探究了不同工艺条件对活性炭的孔径结构和电化学性能的影响及其调制机理。  结果表明,以神府兰炭末为原料制备的兰炭基电极材料整体上表现出较优的性能,都具有很低的电极内阻和较理想的循环伏安曲线和恒流充放电曲线,在快的电压扫描速率下和大的充放电电流密度下仍然具有较好的电容性能。且兰炭基电极材料具有很好的循环稳定性,在循环500圈后比电容保持比例达97.44%,证明以神府兰炭末作为超级电容器电极材料的原料是完全可行的。  兰炭末的灰分处理对兰炭基电极材料的孔径结构和电容性能都有着重大影响,超低灰的兰炭基活性炭具有更大的比表面积和更高的电容量。活化前对兰炭末进行预氧化可提高兰炭基电极材料在大电流密度下的电容保持率,这一性能随着所用双氧水浓度的增加而提高。  活化时的炭碱比、活化温度、活化时长等因素都对兰炭基电极材料性能有着较大影响,其中活化时长对电容量和电容保持率影响最大,其次是炭碱比。当炭碱比为1:2、活化温度为700℃、活化时长为1.5小时制备的电极材料电容性能最好,此工艺条件制备的兰炭基活性炭在0.5A/g的电流密度下比电容达347.3F/g,在5A/g的电流密度下比电容仍高达232F/g。  兰炭基活性炭比表面积不同,电容性能差异也较大,兰炭基活性炭的电容性能与活性炭的比表面积、总孔容、中孔率并不呈线性关系,最佳的比表面积在850m2/g~950m2/g之间,最佳总孔容在0.42cm3/g~0.47cm3/g之间,最佳的中孔率为30%~33%。
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