论文摘要
炭材料是一种广泛应用于电化学能源领域的电极材料,它因具有丰富的原料来源,简单的生产工艺,优越的物理化学特性,以及良好的电化学性能等优点,受到研究者的广泛关注。本文以生物质原料花生壳和茶籽壳,以及三聚氰胺-酚醛树脂作为碳源,分别用K2CO3,氧气和氮气的混合气体作为活化剂,制备出应用于超级电容器和锂离子电池的新型活性炭。本文主要内容如下:1.分别将花生壳和茶籽壳作为碳源,以K2CO3作为活化剂,制备了两种新型活性炭。花生壳质活性炭最佳制备工艺是:K2CO3与花生壳原料的质量比为1:1,升温速率为7℃min-1,活化温度为800℃,恒温时间为1h;茶籽壳质活性炭最佳制备工艺是:K2CO3与茶籽壳原料的质量比为1:2,升温速率为4℃min-1,活化温度为800℃,恒温时间为2 h。经活化后,花生壳质活性炭和茶籽壳质活性炭比表面积都迅速增加,分别高达1297 m2 g-1和1272 m2 g-1,并且电化学性能显著提高,比电容分别达到155 F g-1和150 F g-1,说明它们是适用于超级电容器的电极材料。2.通过共缩聚方法,优化合成条件,制备了三聚氰胺-酚醛树脂。利用它作为碳源,通过碳化和活化过程,制备了一种新型活性炭。树脂产率高达98.2%,最佳合成条件为:n苯酚:n三聚氰胺:n甲醛=2:1:2,pH=3,反应温度为75℃,反应时间为10 h;最佳碳化工艺为:升温速率为7℃min-1,碳化温度为700℃,恒温时间为1 h;最佳活化工艺为:升温速率为4℃min-1,活化温度为400℃,恒温时间为1 h。制备的三聚氰胺-酚醛树脂,为分散均匀的浅黄色颗粒,粒径大约为120 nm。经过碳化和活化,样品仍然能够保持前驱体良好的表面形貌。样品具有发达的比表面积,大量杂原子能够保留在材料中,两者的协同效应使比电容迅速提高,达到213 F g-1。样品具有良好的循环性能,在10000个循环之后,比电容仍保持有首次循环的99%,说明它是一种适用于超级电容器的电极材料。3.利用三聚氰胺-酚醛树脂基活化样,制备了应用于锂离子电池的负极材料。它的首次放电容量达到了917 mAh g-1,这是因为它具有较高的氮含量,大的比表面积,以及发达的微孔结构。在20个循环之后,活化样的比容量仍可达到251mAh g-1,并且其库仑效率超过了90%,说明活化过程提高了样品的循环性能。
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