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本论文主要工作是制备适用于铅酸电池环境下的超级电容器活性炭。工作主要包括两大方面:一是对商业炭进行改性;二是采用废弃矿泉水瓶作为前躯体制备活性炭。
首先选择了两种比表面积不同的常用商业炭,分别测试它们在4.88 M硫酸电解液中的电化学性质,结果表明卡博特炭黑在硫酸电解液中相对稳定。接下来分别采用了HNO3、NaOH对卡博特炭黑进行活化改性制备活性炭。对所制备的活性炭的结构及电化学性能进行了表征及研究。其中在800℃下,mc:mNaOH=1:3活化处理后的活性炭M4性能最佳,在4.88 M硫酸电解液中,以1 A/g电流对该材料进行充放电测试其容量为91 F/g,炭M4在循环伏安10 mV/s扫速下循环3500次后容量保持94%,是比较理想的电容材料。
论文以废弃生活垃圾矿泉水空瓶(主要成分为PET)作为前躯体,对其炭化,然后对炭化物采用了HNO3、NaOH和H3PO4活化剂来制备活性炭。研究表明,炭化物经氢氧化钠强碱活化后在4.88 M硫酸电解液中电化学性能最好,磷酸活化其次,硝酸活化最差。BET测试表明,PET炭化物经氢氧化钠强碱活化后可制得孔径分布均匀的介孔材料,该材料孔径在4 nm左右。PET炭化物在800℃下,mc:mNaOH=1:3时活化制得的炭,在循环伏安10 mV/s扫速下比电容达到了106 F/g,循环15000次后容量保持96%,具有较好的循环性能的。PET炭化物在800℃下,mc:mH3PO4=1:1时活化制得的炭P5在循环伏安10mV/s扫速下比电容达到79 F/g。
本研究中通过对卡博特商业炭黑改性得到一种在4.88 M硫酸电解液中电化学性能较好的活性炭。以矿泉水空瓶(主要成分为PET)作为前躯体制备出了一种孔径分布均匀、孔径在4 nm左右的介孔材料,该材料电化学性能非常优秀,可适用作于铅酸电池环境下超级电容器活性材料。