人连理ｌ：人学硕十学位论文曲线偏离矩形的程度比较明显，那是因为当扫速增加时，离子的运动速度加快，在较短的时间内，电解液离子难以进入材料内部的微孔或孔隙内部，这一现象导致在充放电过程中电极的表面积利用率下降，充放电不完全，所以充放电曲线会在一定程度上偏离矩形。较活性炭而言，中孔炭材料具有的孔道有利于电解液离子的传输，所以在高的扫描速率下，仍能表现出较好的电容行为。这一结论说明，中孔炭材料能够满足超级电容器大电流充放电的要求，中孔的出现对于材料获得更高的储存电量具有重要作用。３．３本章小结采用模板法制备的中孔炭材料具有高表面积，集中的孔径分布和可变的孔空间构型，可以作为理想的电极材料用以研究孔空间构型和孔径大小对超级电容器电极材料电化学性能的影响。通过实验研究，结论如下：（１）采用硬模板法，以ＳＢＡ．１５，ＫＩＴ－６，ＳＢＡ．１６，ＭＣＭ．４８和ＳＢＡ．３为模板制备了各种具有不同孔空间构型的中孔炭材料，通过氮气物理吸附，ＸＲＤ及ＴＥＭ分析结果可知，所制备的中孔炭材料完全的复制了模板的有序结构。（２）考察了模板法中孔炭材料的孔空间构型对超级电容器电容行为的影响。研究发现，在特定的电流密度下，材料的孔道越开放、越直，所得到的材料的电容值就越高。材料中具有有利于电解液离子传输的丌放孔径和较大的中孔可以提高电极材料的电化学性能。因此，要想提高超级电容器的电容值，不仅要依靠多孔炭的高表面积，还要充分了解中孔炭材料的孔空１．日Ｊ构型和孔径对超级电容器的贡献。超级电容器电极材料的制备及电化：学性能研究４一步合成空心炭球及电化学性能研究由于空心结构的炭微球具有较低的介电常数，在可控运输和释放，疾病诊断和生物物质分离，纳微容器，微腔体振荡和组装新型阵列体系等方面具有重要应用价值。本章采用自组装法一步合成微纳米空心炭球，讨论溶剂对微纳米空心炭球的颗粒尺寸、分散度和比表面积的影响；通过离子交换获得具有石墨化结构的微纳米颗粒，并研究溶剂、石墨化结构对空心炭球材料电化学性能的影响。４．１一步合成空心炭球的制备方法采用自组装法合成空心炭球，称取２，４．二羟基苯甲酸１．４０ｇ，赖氨酸０．４８ｇ，Ｆ１２７１．５ｇ入单Ｉ：ｌ烧瓶中，加入２５０ｍｌ醇类溶剂（甲醇，乙醇，异丙醇，正丁醇，甘油），在特定温度下油浴搅拌至固体完全溶解，然后加入１．４８ｇ甲醛溶液（３７％）至液面以下，在特定温度下冷凝回流反应三天。反应所得聚合物经过滤，乙醇洗干燥后，一部分聚合物在惰性气体保护下炭化，升温程序：从室温以５℃?ｍｉｎ‘１升至１５０℃，恒温３０ｍｉｎ进行干燥；再以２℃?ｍｉｎ－１的升温速率由１５０４Ｃ升至炭化终温８５０＂Ｃ，恒温１２０ｍｉｎ后自然冷却，炭化得到空心微纳米炭球；另一部分聚合物前躯体与０．１９８ＭＦｅ（Ｎ０３）３溶液混合，磁力搅拌１０ｈ进行离子交换，乙醇洗干燥后，炭化程序同上，炭化后得到石墨化空心微纳米炭球。本实验环节所用原料、制备条件及样品编号见表４．１。表４．１Ｔａｂ．４．１实验所Ｊ｝｝ｊ原料、制备条件及样品编号Ｔｈｅｒｅａｇｅｎｔｓ，ｐｒｅｐａｒｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｎａｍｅｏｆｓａｍｐｌｅ４．２电极片的制备将制备所得的炭材料按照２．２．２所述的制备方法制作成电极片，在３０ｗｔ％ＫＯＨ溶液中真空浸泡１２ｈ。人琏理１人学硕十学位硷文４４３结果与讨论３１溶剂的影响骶§。Ｃ一１ＨＦｉｇ４Ｉ４１ｄ、¨济种制水所槲｛；心炭球的ＳＥＭ和ＴＥＭＨＳＥＭａｎｄＴ＃ＭｉｍａｇｅｓｏｆｈｏｌｌｏｗｃａｒｂｏｎｓｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｄｌｆｆｃｒｃｎｌＳＯｌｖｅｎｔ３７超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究采用ＴＥＭ和ＳＥＭ分析由以上五种溶剂制备所得的炭材料的颗粒尺寸和外观形貌。图４．１为所制备炭材料的ＳＥＭ图和以乙醇为溶剂所得炭球的ＴＥＭ图（见右下角）。由图４．１可知，采用自组装法在不同溶剂条件下制备出的炭材料出现不同程度的团聚。由于所用的溶剂的极性不同，导致所制各的炭材料分散性不同。以甲醇为溶剂所制备的炭材料团聚较为严重，以乙醇为溶剂所得炭材料的分散性较好，且颗粒均匀。从图中可以看到炭球颗粒有破壳现象，说明所制备的炭球为空心结构，大小为０．３—１ｇｍ的空心炭球颗粒。采用ＴＥＭ可以观测材料的微观结构。图４．１（ＴＥＭ）图为以乙醇为溶剂所制备炭材料的ＴＥＭ图，从图中可知，所制备的炭材料为空心结构，颗粒尺寸约为１∥ｍ，炭壳厚度为Ｏ．１６口ｍ。采用氮吸附测定炭球的比表面积和孔径分布。图４．２为不同溶剂下制备的空心炭球氮吸附等温线及孔径分布图。由图４．２可知，Ｃ一１，Ｃ．２，Ｃ．４，Ｃ．５的吸附等湿线均为典型的Ｉ型等温线，对应于单层分子化学吸附，说明所制备的这四种空心炭球均为微孔炭材料，而Ｃ．３氮吸附等温线为Ⅳ型等温线，在相对压力为Ｐ／Ｐｏ为Ｏ．４６时出现一个明显的滞后环，说明该材料的孔结构大部分为中孔。而吸附和脱附分支不平行，多归因于Ｃ．３材料中炭球堆积所形成的狭缝状孔道。所制备空心炭球的ＢＥＴ表面积、总孔体积、孔径见表４．２。，＿＇、ｎ卜（，）ＰｎＥｃ）、。一刁阿∞＞０．００．２０．４０．６０．８１．０Ｒｅｌａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅ（ＰＩＰｏ）●Ｃ－５■Ｃ一１★Ｃ．２▲Ｃ．３☆Ｃ．４斟４．２不同溶剂所得空心炭球的吸附等温线Ｆｉｇ．４．２Ｎｉｔｒｏｇｅｎｉｓｏｔｈｅｒｍｓｏｆｈｏｌｌｏｗｃａｒｂｏｎｓｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｌｖｅｎｔｓ人近理Ｉ：人学硕十学位论文Ｃ一１Ｃ．１．Ｏ．２－０．４－０．６／＼，一母一ｐ正－０．８－１．０－１．Ｏ一Ⅲ．８旬．６－０．４－０．２０６∞ＰｏｔｅｎｔｉａＩＮ珊鹏Ｃ．２旬专旬．／、Ｓ叮；亡∞芑正∞０．１．０一＿０．８＿ｏ．６－０．４－０．２Ｏ２∞４００６∞ＰｏｔｅｎｔｉａＩ／Ｖｔ／ｓＣ一３Ｃ一３∞，２／ｒ—’、．’－０．４Ｌ夕旬．６／＼，趸；ｕ芍丑－０．８．１．０．１．０．Ｏ．８．０．６．０．４－０．２０２∞６００８００ＰｏｔｅｎｔｉａｌＮＣ一４善叫．０．２－０．４．０．６，∞；ｃ芑乱旬．８—１．０ｒ、ｏＯ２∞４∞黜嘲亿∞ＰｏｔｅｎｔｉａｌＮ啪鹏
超级电容器概述（重要） - 图文
