论文部分内容阅读
多孔碳如微孔碳、介孔碳以及分级多孔碳等因其发达的孔隙和良好的导电性,是一种理想的电化学储能材料,已被广泛应用于锂离子电池和超级电容器等电化学储能系统。本论文开发了一种能耗低、快捷简便且无需活化剂和惰性气氛保护的多孔碳制备新方法,成功利用微波辐照碳化制备了不同形貌的分级多孔碳材料和介孔碳材料。并对其结构、形貌进行了表征和系统测试了其电化学性能。（1）通过微波辐照碳化与自活化相结合的方法,使用植酸作为前驱体,在空气气氛下成功制备了具有优异电容性能的蛋壳状磷掺杂分级多孔碳材料（PHPC-W）,制备过程不添加活化剂,亦无需惰性气氛保护。所制备样品具有独特的开放微孔和蛋壳状磷掺杂分级多孔结构,其比表面积和孔体积分别达到1642 m2 g-1和2.04 cm3 g-1。所制备的PHPC-W系列样品表现出大的电荷存储能力和优异的倍率性能,比电容在0.5 A g-1的电流密度下达到高达209 F g-1,且在20 A g-1电流密度下其比电容依然达到初始比电容的96.2%。在5000次充放电循环后,PHPC-W系列样品的电容保持率达到97.9%,这表明制备的样品具有优异的电化学性能。（2）通过高能效的微波辐照法,使用肌醇作为前驱体,水作为造孔剂,磷酸作为微波吸收剂和磷源,在空气气氛下成功制备了具有超级电容性能的磷掺杂介孔碳材料。所制备样品表现出大的电荷存储能力和优异的倍率性能,KOH电解质中比电容在0.5 A g-1的电流密度下高达210 F g-1,且在20 A g-1电流密度下其比电容依然达到初始比电容的95.7%。在5000次充放电循环后,样品的电容保持率达到97.1%。所制备样品以BMIM.BF4离子液体为电解质时在306.98 W kg-1的功率密度下能量密度达16.61 Wh kg-1,其在6 mol L-1 KOH电解质水溶液中也具有7.28 Wh kg-1的能量密度。（3）通过微波加热碳化技术和超高温溶剂热技术相结合,以具有超高沸点和良好微波响应的强极性质子酸多聚磷酸为溶剂,吡咯为前驱体,在无需惰性气氛保护的条件下一步合成具有优异电容性能的鸟巢状氮磷共掺杂介孔碳材料。所制备的样品具有独特的鸟巢状介孔结构,其比表面积和孔体积分别达到922 m2 g-1和0.92 cm3 g-1,氮元素掺杂含量高达3.45 at.%。所制备样品表现出优异的倍率性能和循环性能,KOH电解质中比电容在0.2 A g-1的电流密度下达到171 F g-1,且在20 A g-1电流密度下其比电容依然达到初始比电容的95.9%。在5000次充放电循环后,样品的电容保持率达到95.20%。所制备样品在3 mol L-1LiNO3电解质中具有较大的电压窗口（1.3V）,其比电容在0.2 A g-1的电流密度下达到101 F g-1,5000次充放电循环后具有良好的循环稳定性。