高表面活性炭电极的制备及其电化学性能的研究

来源 :中国石油大学 中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803luowei
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本论文以石油焦为原料,采用自行开发的复合活化技术,在预活化剂作用下,以KOH作为活化剂,活化比为1:1~4:1,活化温度为750~850℃,制备出粉状高表面活性炭,然后与导电材料和粘结剂PTFE乳液充分混合,在80~240℃和3~15MPa下压制成电极,再加入KOH水溶液后组装成双电层电容器。实验结果主要包括高表面活性炭电极制备技术、双电层电容器组装技术、高表面活性炭电极的电化学性能研究以及电极微观结构与其性能的关系研究等四个方面。 1通过对高表面活性炭电极制备技术的研究,初步探索了复合活化技术中助剂HJ-1的作用机理,确定了电极成型的最佳工艺参数,即粘结剂PTFE含量为6wt%、成型压力为6~10MPa、成型温度为160℃、石墨含量为0.5~3wt%。 2研究了电解液浓度、极限电压、充电速度及集流体等条件对EDLC性能的影响,结果显示:最佳KOH的浓度为15wt%,极限电压为1550mV。 3以最优化电极制备技术和EDLC组装技术得到了比电容量高达291.9F/g、ESR为3Ω·cm2的双电层电容器,4EDLC的漏电电流I与时间对数ln(t)的关系符合波尔兹曼函数模型。纯漏电电流主要与电解液离子的热运动速度有关;假漏电电流主要以2200s和4000s处的漏电流及其斜率来表示。 5电极电容的测试结果表明:计算电容最大,积分电容次之,表观电容最小。表观电容是充电电流和ESR共同作用的结果。伏安特性曲线上900mV以后电流的偏高证明了微孔势垒的存在,其大小与孔径和微孔表面性质有关,孔径越小势垒越高。 6电极原料酸洗的作用是:去除钾离子、中和部分游离碱和扩大样品的微孔数量,未经过酸洗的原料中K离子以-COOK的形式存在。 7比表面和孔分布的测试结果表明:样品BET比表面比Langmuir比表面积小,MP法测试的积分面积居于二者之间,采用MP-Method计算的积分面积和孔分布可以比较准确的反映材料的微观结构,能够作为储电机理计算的基础结构参数。 8通过测试非对称的EDLC的性能变化可以看出,正极的OH-形成双电层紧密层的速度比形成离子氛后的K+速度快,单位表面积上的积分比电容为16uF/cm2,这为开展电极微孔内电解质吸附状态的研究提供了理论基础和简化依据。
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