發(fā)布時間：2020-11-10 14:15

　　 隨著人們對于能源儲存與利用的日益重視,超級電容器作為一種新型的儲能器件具有較好的可持續(xù)發(fā)展性。電極材料使用廢棄的生物質,不僅可以利用生物質天然孔隙結構的優(yōu)勢,還可以降低電容器生產成本,近年來成為研究熱點。大蒜在剝皮加工過程中會產生廢棄物蒜皮,同時蒜皮中會殘留部分蒜瓣。本研究選用殘留的蒜瓣為原料,制備出具有高比表面積的超級電容器用活性炭。同時選用蒜皮為原料,采用鹽酸預處理工藝對蒜皮基活性炭進行性能優(yōu)化,實現(xiàn)了對蒜皮基活性炭孔結構的有效調控。以蒜瓣為原料,選用KOH為活化劑,通過響應面法研究了炭化溫度、堿炭比、活化溫度對蒜瓣基活性炭孔結構的影響。探索得到了制備蒜瓣基活性炭的最佳工藝條件:堿炭比為4:1,炭化溫度541℃,活化溫度800℃。通過該實驗條件得到的蒜瓣基活性炭GBAC-M 比表面積為3175.20 m2/g,孔容為1.791 cm3/g,孔徑分布主要集中在0-4 nm之間。以GBAC-M為電極材料,6 mol/L的KOH溶液為電解液制備超級電容器,在電流密度為1 A/g時比電容達到334.9 F/g。在5 A/g電流密度下充放電5000次時,GBAC-M 比電容保持率高達97.03%。以蒜皮為原料,選用KOH為活化劑,對蒜皮進行鹽酸水浴加熱預處理,并通過炭化、活化制備蒜皮基活性炭HGAP。通過實驗得到鹽酸預處理的最佳條件為:將蒜皮在1 mol/L鹽酸溶液中水浴60℃加熱攪拌3 h,炭化溫度為600℃。最終制備成蒜皮基活性炭HGAP-7比表面積高達3325.23 m2/g,孔容為1.881 cm3/g,且介孔含量較于未進行預處理的蒜皮基活性炭GAP有明顯的提升。以HGAP-7為電極材料,以6 mol/L的KOH為電解液,制備的電容器在電流密度為1 A/g的條件下,比電容達到了 424.4 F/g。且當電流密度為50 A/g時,相比于1 A/g的比電容,電容保持率高達73.8%。通過鹽酸預處理工藝制備的蒜皮基活性炭比表面積增大,介孔含量增多,以其為電極材料制備的超級電容器倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性有明顯的提升。為了更加全面的了解蒜皮基活性炭的電化學性能,分別以蒜皮基活性炭GAP和HGAP-7為電極材料,選取聚乙烯醇(PVA)為原料,制備PVA-KOH電解質,組裝固態(tài)超級電容器。并對其進行恒電流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗、長循環(huán)等測試,分析蒜皮基固態(tài)超級電容器的電化學性能。以HGAP-7為電極材料制備的固態(tài)電容器在1 A/g的電流密度下比電容為230.5 F/g,當電流密度達到50 A/g時,比電容仍可達到202.1 F/g。綜上所述,本文研究了蒜瓣基活性炭的制備工藝,材料特性與電化學性能,得到了具備高比表面積、高比電容的蒜瓣基活性炭。同時探究了鹽酸預處理對蒜皮基活性炭孔隙結構與電化學性能的影響,得到了一種簡單的調控蒜皮基活性炭孔結構的預處理方法,并分析了蒜皮基活性炭在固態(tài)電解質與液態(tài)電解質中的電化學性能。研究結果為蒜基廢棄物的高值化利用、孔結構的定向調控提供了理論依據(jù)與參考。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TM53;X705
【部分圖文】：

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