人连理Ｉ：人学硕十学位论文３．１．２电极制作将所得的中孔炭材料按照２．２．２的制备方法制作电极片，在３０ｗｔ％ＫＯＨ溶液中真空浸泡１２ｈ后待用。３．２结果与讨论３．２．１电极厚度与电容的关系近年来人们发表了很多关于超级电容器的文章，但是存在这样一个问题：很难对在不同的研究组所报道的同一种炭材料的电容值进行比较，尽管是同一篇文献的重复工作，所得的电容值也不尽相同。其原因可能是炭基电容器研究过程中的条件不能保持一致。从自身的实验和前人的工作发现，不同批次所制各的电极片的比厚度或质量很难保持一致，这一原因导致相同电极材料所测出的电容值出现偏差。由此，我们做了以下的实验来寻找电极片的质量与比电容的关系。以ＫＩＴ－６为模板制备的炭材料ＭＣ．ＫＩＴ－６和树脂基微孔活性炭（ＡＣ）为研究对象，分别制备具有相同表面积为１ｃｎｌ２不同质量的电极片。图３．３（ａ）为两种炭材料的氮吸附等温线，图３．３（ｂ）为比电容与电极质量之间的关系图，其中以恒流充放电计算的比电容值为纵坐标，炭材料的质量为横坐标。由图可知，当电极质量小于１０ｍｇ时，两种炭材料的电容值都迅速上升。无论是微孔炭还是中孔炭材料，电极厚度越小，电容值越高，电极质量毫克级的变化就能使电容产生一个极大的跳跃。这一结果表明，电解液离子在厚的电极片上的分布受到限制，导致比表面积的利用率下降。因此，为了获得更高的比电容，电极片的厚度应该尽可能的薄，另一方面，为了使电容值存在可比性，在不同批次和不同材料制备电极片时应该使得电极片具有相同的厚度。在接下来的实验中，每一个电极片的质量都保持在１０＋＿２ｍｇ。超级电容器电极材料的制备及电化：学性能研究１０００９００（ａ）∞０加０∞．Ｌ．∞０矧０ｎＥｕ，ｓＤ毋＞加０∞０加００．０Ｏ．２０．４０．６０．８１．０Ｒｅｌａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅ／Ｐ／Ｐｏ３５０３００２５０西１、４．２００ｏ１５０１∞０１０２０３０４０５０Ｍａｓｓ／ｍｇ●ＭＧＫｌＴ－６Ｅｌ３．３ｏＡＣＣａ）ＭＣ．ＫＩＴ．６（ＳＢＥＴ：１６５７ｍ２?岔１，Ｖｔ：１．４２ｃｍ３?ｇ’１）和ＡＣ（ＳＢ盯：２０２７ｍ２．ｇ一，Ｖｔ：１．０２ｃｍ３．ｇ。１）的氮吸附等温线；Ｆｉｇ．３．３（ａ）Ｎ２ｓｏｒｐｔｉｏｎ２０２７ｍ２．ｇ～，Ｖｌ：１．０２ｉｓｏｔｈｅｒｍｓｏｆ（ｂ）电极片质蟮与比电容之间的大系ｍ！?ｇ一，ＶＩ＝：１．４２ＭＣ．ＫＩＴ．６（ＳＢＥＴ：１６５７ｃｍ３?ｇ１）ａｎｄＡＣ（ＳＢＥＴ：ｃｍ３?ｇ。１）ａｎｄ（ｂ）Ｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｓｓａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ３．２．２样品的结构表征为了研究模板法中孔炭材料的孔的几何构型与电容行为之Ｉ．日Ｊ的关系，首先采用ＸＲＤ、ＴＥＭ和Ｎ２物理吸附表征了所制备的ＭＣ．ＳＢＡ．１５，ＭＣ．ＫＩＴ－６和ＭＣ．ＳＢＡ．１６的结构。图３．４（ａ）为这ｉ种炭材料的小角ＸＲＤ图。从刚巾可以看｝乜ＭＣ—ＳＢＡ．１５为ｐ６ｍｍ２６—人迕理Ｉ凡学填”＃情论文的空Ｍ群，表明ＭＣ．ＳＢＡ．１５为具有二维六方孔舰则结构的炭材料。而ＭＣ．ＫＩＴ－６和ＭＣ．ＳＢＡ一１６炭材料的空间群分别为ｌａ３ｄ的互维立方结构和ｌｍ３ｍ的体心立方笼型结构。ＴＥＭ图则进一步确定了这三种复制了模板结构的炭材料具有高度规则的扎道结构。如图３．４（ｂ）所示，ＭＣ－ＳＢＡ－１５表现为清晰的二维六方规则结构，同时ＭＣ－ＫＩＴ－６为三维立方周期性结构，如图３．４（ｃ）：ＭＣ．ＳＢＡ－１６材料的透射电镜图（图３Ａ（ｄ）），进一步说明它其有很规则的孔道结构。从以上实验结果表明，所制各的炭材料完整的复制了硅模板的孔道结构。量喜三参，浮（ａ）奠墓：、ＭＣ．ＳＢＡ－１６ｎ；Ｌ，ｉｏ？Ｉ呈占－７ｒ三占～一ＭＣ—ＫＩＴ一６’’ｏ一毡１ｒ０５１０１５２０２５３０３５４０１｝。｜一ＭＣ．ＳＢＡ－１５２Ｔｈｅｔａ，ｏ蚓３Ａ掸ｌＩ＾的ＸＲＩ）斟（ａ）＿Ｉ透射叱镜Ｉ越：ＭＣ－ＳＢＡ．１５（ｂＪ，ＭＣ．ⅪＴ６（ｃ），年¨ＭＣ．ＳＢＡ．１６（ｄＦｉｇ．３４ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓ（ａ），ａｎｄＴＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＭＣ－ＳＢＡ－１５（ｂＪ’ＭＣ－ＫＩＴ－６（ｃ）ｔａｎｄＭＣ?ＳＢＡ一１６（ｄ）『引３．５为所圳簖趺材料ＭＣ．ＳＢＡ—ｌ５．ＭＣ—ＫＩＴ－６羊¨ＭＣ—ＳＢＡ．１６的氮吸刚等泓ｒａ）＿【＿｜｜１＿｜ｌ计¨ｆ（Ｊ４Ｌ傩竹ｍＨｆｂ，．所甜Ｉｉ：Ｊ＇Ｊ【±．～棚参数列ｌ：＾３２．ｍＩ斟３．５（ａ）川’ｊｌ｜．所ｆ：ｆ！ｉ超级电容器电极材料的制各及电化！学性能训ｆ究炭材料的氮吸附等温线非常相似，而且表现为具有显著滞后回线的Ⅳ型等温线，表明这三种炭材料均具有中孔材料的性质特征。在等温线中出现的陡峭的毛细冷凝突跃说明在这些炭材料中具有狭窄的孔径分布。从图３．５（ｂ）也证明的这一点，这些炭材料的孔径分布很集中。对于ＭＣ．ＳＢＡ－１５，ＭＣ．ＫＩＴ－６和ＭＣ．ＳＢＡ－１６的最大孔径分布分别为３．３ｌｌｍ，３．４ａｍ和３．７ｎｍ。１０∞∞０咖瑚黜湖伽如粥伽０．００．２０．４０．６０．８１．ＯＲｅｌａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅ／ｐｌＰｏＩＷ●“、ｏ刁＞－ｏ▲｛ｒ’●●，●１¨Ｈ●—●—．．＿一●——＿———●．宣●●●、▲‘●，●一▲．●一▲——▲——－——●一。●●●●—…一一．４６８０２１０Ｐｏｒｅｄｉａｍｅｔｅｒ／ｎｍ●ＭＧＫＩＴ－６Ｆｉｇ．３．５（ａ）Ｎ２ｓｏｒｐｔｉｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍｓ★ＭＣ—ＳＢＡ－１６ａｎｄ（ｂ）ｐｏｒｅ▲ＭＧＳＢＡ．１５图３．５样品的氮吸附等温线（ａ）和相对应的孔张分布幽（ｂ）ｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｌｉｏｎｓｏｆｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓｃａｒｂｏｎｓ人连理Ｔ大学硕士学位论文ＭＣ．ＳＢＡ．１５ＭＣ．ＫＩＴ．６ＭＣ．ＳＢＡ一１６１１３５ｌ６５７１６３８４３９５７７０．９２１．４２１．１８Ｏ．３３Ｏ．６９Ｏ．５３０．５２０．６６０．５９３。３３．４３．７１１２１４４１７６９．９８．７ｌＯ．８其中：Ｖｍｅ。ｏ和Ｖ。ｉ。ｍ的值足通过１３．。－ｐｌｏｔ方法计算所得。３．２．３电化学性能研究在传统三电极体系、扫速为５ｍＶ?Ｓ。１的条件下对这三种炭材料进行循环伏安测试，以研究材料的电化学行为。图３．６（ａ）为该样品的ＣＶ曲线，从图中可以看出尽管ＭＣ．ＫＩＴ－６和ＭＣ．ＳＢＡ．１６的孔空间构型不同，但是却具有相似的似矩形ＣＶ曲线，表明这两种炭材料为理想的超级电容器的电极材料。此外，与ＭＣ．ＫＩＴ－６和ＭＣ．ＳＢＡ．１６的ＣＶ曲线相比较，ＭＣ．ＳＢＡ．１５的ＣＶ曲线在充放电过程中更接近于矩形，这一区别可能是由于ＭＣ．ＳＢＡ．１５所具有的直孔道，有利于在双电层电容器进行相对快速的充放电。图３．６（ｂ）为这些中孔炭材料所组装成的超级电容器的典型的恒流充放电行为。它们均表现为没有压降的线性的恒流充放电曲线和三角形对称的恒流充放电图形。由此可知，在当前的电流密度下这些中孔炭材料都表现出了良好的电容特性。而在放电分支，可以看出它们具有不同的斜率，表明它们具有不同的比电容。由恒流充放电计算所得的比电容如表３．２所示。比较所得的质量比电容可知，虽然ＭＣ．ＫＩＴ．６和ＭＣ．ＳＢＡ．１６的ＢＥＴ表面积几乎相同，但是ＭＣ．ＳＢＡ．１６的质量比电容却高于ＭＣ．ＫＩＴ．６。不同的质量比电容可能是受到了孔的几何分布的影响。一般认为电容与电极材料的表面积成正比，我们将质量比电容（Ｆ?ｇ一）转换为面积比电容（１ａＦ?ｃｍ。２），见表３．１后两列，比电容的大小顺序为：ＭＣ．ＫＩＴ．６＜ＭＣ．ＳＢＡ．１５＜ＭＣ．ＳＢＡ．１６。如上所述，ＳＢＡ．１６为空间群为Ｉｍ３ｍ的体心立方笼型结构，从ＸＲＤ图３．４（ａ）可以得出ＭＣ．ＳＢＡ．１６完全复制了其母板ＳＢＡ一１６的孔道结构：ＭＣ．ＳＢＡ．１５与其模板具有相同的二维六方对称的结构，其孔道为直孔道，而ＭＣ—ＫＩＴ．６则为三维立方结构且孔径均一。由此可见，一方面，ＭＣ．ＳＢＡ．１５的直孔道与ＭＣ．ＫＩＴ．６的弯曲孔道相比，电解液离子在直孔道内的传播和充放电速度较快。另一方面，ＭＣ．ＳＢＡ．１５具有更好的微孔率。Ｖｉｘ．Ｇｕｔｅｒａｌ等人发现电容值与微孔体积成线性关系。微孔体积越大电容值越高。为了保证微孔表面积在超级电容器充电过程中能够得到最大限度的利用，微孔应与中孔直接相连岬】。
超级电容器概述（重要） - 图文
