氮掺杂碳基超级电容器电极材料的制备及性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:luohai8899
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超级电容器因其具有功率密度高、工作温度范围宽和稳定的循环使用寿命等优点而作为新型的电化学储能装置。电极材料的选择对超级电容器的性能影响起决定性作用。因而本文以氮掺杂的碳基电极材料为出发点,采用高温热解、活化造孔、牺牲模板、阴离子聚合和化学浴沉积等多种方法制备了鸡树条树叶衍生的多孔生物质炭和NiO@N-C双壳层空心纳米管两种功能型的氮掺杂碳基超级电容器电极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对所制备的复合电极材料进行了形貌表征和结构组成分析。并通过N2吸附-脱附测试获得材料的比表面积和孔径分布,最后利用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学交流阻抗(EIS)等测试手段探究了复合电极材料的电化学性能,具体研究内容如下:1、鸡树条树叶作为碳前驱体,通过高温碳化、KOH活化造孔法制备了N、O共掺杂的多孔生物质炭(HGPC-X-Y),并探究了不同活化剂用量和活化温度对多孔生物质炭的电化学性能的影响,得到HGPC-5-600的最优活化剂用量和活化温度。EIS和GCD测试结果显示,HGPC-5-600的电荷转移电阻(Rct)为2.86Ω,在0.5 A/g的电流密度下,其比电容值高达612.8 F/g,经过10000次GCD测试其电容保持率高达96.02%。此外,将其组装成对称型的超级电容器,得到该器件的能量密度为25.6 Wh/kg且功率密度高达450 W/kg。2、以MoO3纳米棒为模板,聚吡咯(PPy)为碳前驱体,用连续包覆法制备了NiO@N-C双壳层空心纳米管电极材料,通过EIS测试,得到该电极材料的电荷转移电阻(Rct)为2.21Ω。进一步对该电极材料进行GCD测试,得到NiO@N-C复合材料在0.5 A/g电流密度时,其比电容值高达782 F/g,连续恒电流充放电测试循环2000次后,得到该复合电极材料的电容保持率高达89.8%。上述研究结果表明,NiO显著提高了碳基电极材料的比电容,模板法制备的空心管状结构有利于电解质的渗透和电荷的输运。
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