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能源和环境问题是当今社会人类可持续发展的关键问题。超级电容器作为一种新型的电化学储能装置,与传统的电容器相比,其具有高速的充放电速率、强大的比电容和循环寿命长等特点引起人们广泛关注。石墨烯(GNS)和多孔碳材料作为电极材料在超级电容器领域的应用已经较为广泛;而纤维素纳米晶(CNC)在一方面作为少量掺杂对GNS等碳材料在分散性上有较大的提高,另一方面作为前驱体提供碳源在合成多孔碳材料方面有着优异的性能。本课题以棉短绒生物质中提取的CNC为出发点,合成制备了两种超级电容器电极材料,主要工作如下:(1)以GNS为基底,复合碳纳米管(CNT),采用原位聚合法得到GNS/CNT/聚苯胺(PANI)复合材料,其具有良好的孔洞结构,在电化学性质方面表现出较好的双电层性质和赝电容性质的结合,当CNT掺杂的质量比为30%时,GNS/CNT/PANI复合材料在电流密度为1 A/g(电解液为1 M的硫酸溶液)下首次充放电显示出较高的比电容(1476.7 F/g)。但是其循环稳定性(在10 A/g电流密度下1000次循环后比电容保留量为53.68%)显示较差。当在制备过程中掺入少量CNC,在比电容量基本不变情况下,其循环稳定性得到了进一步的提高(在1000次循环后比电容保留量为57.5%),虽然提高不是很大,但仍有很大的应用前景。(2)以棉短绒中提取的CNC为碳源,尿素为氮源,在800?C、氮气氛围保护下碳化3 h合成氮掺杂的多孔碳材料。其中,尿素质量比为50%(U-50)的多孔碳材料样品展现出较大的比表面积(366.47 m~2/g)和一定的氮含量(7.37at.%)。其在电流密度为1 A/g(电解液为6 M的KOH溶液)下测试表现出优异的比电容量(562.5 F/g)和较好的循环稳定性(在10 A/g电流密度下循环1000次后比电容保留量为91.07%)。上述结果表明,我们制备的掺氮的多孔碳材料在超级电容器领域具有广阔的应用前景。另外,为了检测所制备材料的实际应用性,本文还采用泡沫镍作为负载电极,制备了对称型超级电容器扣式器件,并对其电化学性能进行了分析检测。