摘要: 超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的储能元件，具有能量密度高、功率密度高、使用寿命长、充电速度快等诸多优点。在移动通信、电子设施、电动/混动汽车和国防武器等领域具有重要和广阔的应用前景，因此得到较高的关注与研究。超级电容器的核... 展开 超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的储能元件，具有能量密度高、功率密度高、使用寿命长、充电速度快等诸多优点。在移动通信、电子设施、电动/混动汽车和国防武器等领域具有重要和广阔的应用前景，因此得到较高的关注与研究。超级电容器的核心关键技术在于制备电化学性能优异且性价比高的电极材料。本文开展了高性能活性炭的制备，同时研究了活性炭与氧化锰复合的制备、表征及其作为超级电容器中电极材料的应用研究。本文的主要研究结果为: (1)以椰壳为原料，采用KOH作为活化剂进行化学活化法制备活性炭。探讨了碱碳比、活化时间和活化温度对活性炭的孔隙结构和电容特性的影响，确定了碱碳比为5∶1，活化时间为3h，活化温度为800℃的最佳制备工艺参数。基于上述工艺条件下制备的椰壳基活性炭的碘吸附值达2857mg/g，比表面积达到2217m2/g，平均孔径为2.96nm，中孔含量高。活性炭电极在2mV/s的扫描速度下的比电容为343.4F/g，当扫描速度从2mV/s上升到50mV/s，活性炭电极的比电容保持率达到90.6％，具有良好的功率特性。 (2)对椰壳进行冷冻处理，采用KOH作为活化剂进行活性炭制备。探讨了碱碳比、冷冻次数对冷冻法活性炭孔隙结构和电容特性的影响。研究得到，未冷冻碳化料碘吸附值为247.5mg/g，冷冻2次碳化料碘吸附值为338.1mg/g，碘吸附值提升了36.6％，说明冷冻处理能够有效的增大椰壳的初始孔隙。在冷冻1次，碱碳比为3∶1的条件下，活性炭的比表面积达到2410m2/g，平均孔径为3.35nm，总孔容达到2.02cm3/g,中孔含量高达62％。扫描速度从2mV/s上升到50mV/s，该活性炭的比电容保持率高达到85.0％，表现出了良好的功率特性。实验结果表明冷冻法制备活性炭能够有效的降低活化剂的使用量，同时具有较高的比电容，良好孔隙结构以及优异的功率特性。 (3)将冷冻活性炭与氧化锰进行复合制备冷冻活性炭-氧化锰复合材料。实验结果表明，氧化锰能复合于在活性炭较大空隙的表面，并提升活性炭的综合性能，复合材料在扫描速度为2mV/s时，比电容高达413.47F/g，当扫描速度从2mV/s增加到20mV/s时，比电容保持率高达90.94％。相比于纯活性炭电极，复合材料电极在2mV/s的扫描速度下比电容提升了20.5％。复合材料同时能够有效提高氧化锰的比电容，改善其功率特性。相比于纯氧化锰材料，复合材料在比电容上提高了120％，比电容的保持率也提升了10％。 收起