玉米秸秆制活性炭用于制备超级电容器电极材料(2)

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3.2.1.3 活性炭/聚苯胺红外谱图分析 12

3.2.2 活性炭/聚苯胺电化学性能 13

3.2.2.1 活性炭/聚苯胺循环伏安测试 13

3.2.2.2 活性炭/聚苯胺恒电流充放电测试 16

3.2.2.3 活性炭/聚苯胺电化学阻抗测试 17

3.3 活性炭与活性碳/聚苯胺电化学性能比较 18

结论 21

参考文献 22

致谢 23

1 引言

超级电容器也叫电化学电容器，是近年来兴起的一种新型储能装置，兼具电池和传统电容器的特点，具有比容量大、功率和能量密度高、充电时间短、循环寿命长以及环保低碳的优点，填补了电池和传统电容器之间的空白[1]。作为本世纪重点发展的新型储能产品之一，正在为越来越多的国家和企业争相研制和生产[2]。超级电容器根据储能机理的不同可以分为两类：一类是基于高比表面积碳材料与溶液间界面双电层原理的双电层电容器；另一类是法拉第赝电容器，在电极材料表面或体相内，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附-脱附或氧化-还原反应，产生法拉第赝电容。

电极材料对电容器性能起决定性作用，研发超级电容器的重点是开发高性能电极材料。当前用作超级电容器电极的材料主要有三类：碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。其中碳材料是最早被用来制造超级电容器的电极材料，是目前各类电极材料中最具吸引力的超级电容器，它几乎是市场上所有产品共同的选择。能源存储是基于双电层的机制，所以比表面积对电容器的容量来说是重要因素。近年来围绕着提高碳电极材料的比表面积和控制碳材料的孔径及其孔径分布，并开发出许多类型不同的碳电极材料的研究，已成为该领域研究的热门。而高比表面积活性炭材料是目前最有应用潜力的超级电容器的正极材料，但它的成本很高，占到了产品总成本的近30%，是直接导致超级电容器的生产成本较高的主要原因，这对超级电容器的推广应用造成了很大的影响。为了满足活性炭比表面积大，性能稳定，成本低，原料必须是稳定的，容易获得，同时，生产工艺简单、经济、环境保护。因此开发新的制造方法，寻找来源充足、廉价又可再生的制备原料和新的生产工艺是今后制备活性炭的研究热点。文献综述

农作物废弃秸秆就具备了这样的原料特点，而且国内已进行了许多研究。利用玉米秸秆制作活性炭材料，既可以节约和保护资源，又可以制备出需求量大的高比表面积的活性炭。活性炭具有发达的孔隙结构，比表面积大和良好的吸附能力。如木炭的比表面积一般只有100-400m2/g，而活性炭比表面积则高达1000-3000m2/g，与其他活性炭相比，以玉米秸杆为原料，用磷酸作为活化剂制备得到的活性炭产品纯度高、比表面积大、吸附性能好的优点更显突出。为此，本项目将以地方丰富的玉米秸秆资源制备活性碳，用于超级电容器的储能研究。

必须指出的是，即使获得了高比表面的活性炭材料，其储能量也存在极限，因为其内部的孔道结构并不能完全被利用。到目前为止，市场上已有活性炭材料的比表面积超过3000m2/g，但其实际的利用率仅为10%左右(因为<2nm的微孔是不能形成双电层的)，致使活性碳电极材料的电容量最高只达到280F/g和120F/s (分别在水电解液和非水电解液中)。因此，为了提高超级电容器的性能，活性炭电极材料还存在许许多多问题，有待进一步改善。