超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究Ｃ一５旬旬旬、Ｓ∞茹ｃ苗皿旬００２００４００６∞８∞图４．３不同溶剂所得空心炭球的循环伏安曲线和恒流充放电曲线Ｆｉｇ．４．３ＣＶｃｕｒｖｅｓａｎｄｇａｌｖａｎｏｓｔａｔｉｃｃｈａｒｇｅ—ｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｆｉｌｅｓｏｆｈｏｌｌｏｗｃａｒｂｏｎｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｌｖｅｎｔｓ将所得的空心炭球做成电极在三电极体系中进行电化学研究，扫描速率为５ｍＶ?Ｓ一。图４．３为不同溶剂所制得空心炭球的循环伏安（ＣＶ）曲线。由图可以看出，所得空心炭球材料的ＣＶ曲线都近似于矩形，且充放电曲线具有良好的对称性，说明这些材料都具有良好的电容行为。放电初期出现的尖锐曲线是由于电极上有电流流过时电极电势偏离其平衡值而产生的极化现象。图中样品在电流密度为５ｍＡ?ｓｄ下进行的恒流充放电曲线均为对称的三角形，电位和时间呈明显的线性关系，进一步说明所制备的炭材料具有良好的电容行为。由恒流充放电曲线计算所得的空心炭球电极材料的比电容见表４．２。由于不同的溶剂制备所得的空心炭球具有不同的结构参数，从表中数据可以看出，以甲醇为溶剂所得的Ｃ．１具有的电容值最高，为１９８Ｆ．ｇ－１，而以异丙醇为溶剂所得的炭材料Ｃ．３的电容值最低，为１４９Ｆ－９１。从样品的结构参数来分析，材料的比电容与材料的表面积不成正比，而与微孔率成Ｊ下比，即微孔的含量越多，材料的电容值越大。以正丁醇为溶剂所得的炭材料Ｃ．４的微孑Ｌ率最大，为８５％，但是电容值却低于微孔率分别为８１．８％的Ｃ．１，原因可能是Ｃ．４的炭球团聚较为严重，见图４．１，导致电解液离子在传输过程中未能充分接触到材料的表面积，使得材料的表面积利用率下降因而降低了材料的比电容。我们还进～步讨论了电容与比表面积之问的关系，将电容值换算成了比表面积电容（砧Ｆ?ｃｍ。１），见表４．２的最后一列，这一结果进一步证明了材料的比电容与比表面积不成ｉ卜比，材料的微孔率越高，炭球颗粒的分散性越好，材料的比电容就越高，这与之前电化学测试的结果相吻合。这一现象晚明一定量微孔的存在可以提高炭材料的比电容。１０人迮理ｌ：人学硕十学位论文表４．２空心炭球的结构参数和比电容Ｔａｂ．４．２ＴｅｘｔｕｒａｌＰａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄＣａｐａｃｉｔａｎｃｅｏｆｈｏｌｌｏｗＣａｒｂｏｎｓ采用五种不同的溶剂，通过自组装法制备的空心炭球拥有高的比表面积和适当的孔径分布，保证了电解液更容易在炭材料内部扩散和传输，进一步减少了液封效应。而且在炭材料上具有良好润湿作用的官能团提高了材料的储能能力【６７】，因此所制备的炭球可以作为一种有潜力的超级电容器的候补电极材料。４．３．２石墨化结构的影响，为了进一步研究具有石墨化结构的炭球对材料电化学性能的影响，选择在四种溶剂中（甲醇，乙醇，正丁醇，甘油）通过自组装法所制得的炭球聚合物与Ｆｅ（Ｎ０３）ｙ６Ｈ２０溶液进行离子交换后高温炭化，对所得的材料进行电化学性能研究。采用ＸＲＤ对所得的炭材料进行分析，观察离子交换对材料结构的影响。图４．４为以不同溶剂所制备空心炭球经过离子交换后的ＸＲＤ谱图。由图可知，在离子交换后的ＸＲＤ谱图中出现一个尖锐衍射峰和一个小峰分别是Ｃ（００２）和（１００）产生的。在２０＝２６－０处出现的强烈衍射峰是石墨的特征峰，说明产物中有石墨化片层结构。这一结果说明通过离子交换高温炭化后，可以得到具有石墨化片层结构的空心炭球。超级电容器电极材料的制备及电化！学性能研究１０２０３０４０５０６０７０１０２０３０４０５０６０７０２Ｔｈｅｔａ，。２Ｔｈｅｔａ／。∞正ｏ、五Ｉ∞正ｏ，兰∞ｃ人叱１０２０３０４０５０６０７０／、！旦。叱１０２０３０４０５０６０７０２Ｔｈｅｔａ／。２Ｔｈｅｔａ／。图４．４不同溶剂所得空心炭球的ＸＲＤ谱图Ｆｉｇ．４．４ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｈｏｌｌｏｗｃａｒｂｏｎｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｌｖｅｎｔｓ图４．５为离子交换后所得炭材料的ＳＥＭ图。从图中可以看出离子交换之后Ｇ．１的炭球已经干瘪并团聚在一起。而Ｇ．２的炭球则发生了损坏，出现了蜂窝型炭球，可能足由于高温炭化作用下通过离子交换进入炭球内部的Ｆｅ３＋离子溢出，导致了这一结果。Ｇ－４和Ｇ一５与离子交换前的颗粒形貌相比变化不大。人连理Ｉ：人学硕１．‘辩论文｜鳘１４．５Ｆｉｇ４．５ｉｉ墨化结构的ＳＥＭ幽ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｈｏｌｌｏｗｃａｒｂｏｎｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｌｖｅｎｔｓ图４．６为离子交换后高温炭化所得到的石墨化空心炭球的氮吸附等温线和孔径分布图。从陶４．６（ａ）可以看出，四种石墨化炭球的氮吸附等温线均为Ⅳ型吸附等温线，在相埘压ＪＪ为０．４＾二右出现明显的滞后环，表现出典型中孔材料的ｆｊ！乏附特征。与图４．２（ａ）相比较，离子变换后所得空一ｔｌ，炭球的吸附等温线滞后环明显，蜕明通过离子交换可以改变物质的孔径分和．使得孔分布集中柱中孔范围，增人了材料中ｑ一孔纳比咀。从罔４．６（ｂ）的孔径分靠罔ｎｒ以看出，离ｆ变换后所得石墨化宅心炭球材料的孔径分柿集中，峰型尖锐，再次晚明了所得材料为中孔炭材料，孔径集中在３．９ＩｌｍＪｒ：４；。超级电容器电极材料的制备及电化：学性能研究５∞４００３∞１∞００．００．２０．４０．６０．８１．０Ｒｅｌａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅ（ＰＩＰｏ）０２４６８１０１２１４１６１Ｂ２０Ｐｏｒｅｄｉａｍｅｔｅｒ（ｎｍ）ｏＧ－１★Ｇ－．２☆Ｇ４●Ｇ－５图４．６彳ｉ罨化空心炭球的氮吸附等温线（ａ）其中Ｇ一１上移２００，Ｇ－４上移１００，孔径分布（ｂ）Ｆｉｇ．４．６（ａ）Ｎｉｔｒｏｇｅｎｉｓｏｔｈｅｒｍｓ，Ｇ－１ａｎｄＧ４ｗｅｒｅａｓｃｅｎｄｅｄ２００，１００ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄ（ｂ）ｐｏｒｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｈｏｌｌｏｗｃａｒｂｏｎｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｌｖｅｎｔｓ材料的ＢＥＴ表面积、总孔体积、孔径等结构参数见表４．３。与表４．２的数据相比较发现，离子交换后所得石墨化窄心炭球的ＢＥＴ比表面积、微孔体积均显著降低，而平均孔径增大。
超级电容器概述（重要） - 图文
