石油焦基活性炭的制备及其电化学性能的研究

• 作 者: 汪友森
• 出 处: 北京化工大学
• 发表日期: 2007年01期
• 关键词: 超级电容器 石油焦 催化剂 电化学性能

超级电容器是一种新型的电化学能量存储装置，具有高功率密度、高能量密度、循环寿命长和无污染等优点，在众多的研究领域获得了较为广泛的应用。然而随着现代科学技术的飞速发展，对电极材料提出越来越高的要求，特别是材料的高稳定性、长寿命、储能密度大等已成为超级电容器技术发展的重要标志。本论文从石油焦出发，先经过预氧化处理，然后采用真空浸渍法将催化剂浸渍到石油焦上，采用水蒸气活化法制备了超级电容器的电极材料，并比较了他们的结构以及电化学性能。结果表明：1、石油焦原料结构对预氧化及活化性能有显著影响。以细镶嵌型光学结构为主、晶化程度较低、挥发份含量高的石油焦具有较高的反应活性，制备的活性炭更易于形成发达的孔隙。2、石油焦预氧化处理可以形成一定的初级孔道，为之后的催化剂没渍和活化提供了良好的基础。经过预氧化处理制得的活性碳的比表面积达到299.7m~2／g，比未处理样品提高了近4倍；比电容达到80F／g，提高了三倍。石油焦的预氧化程度受到反应温度、时间、粒度等因素的影响，其中温度影响最大。3、在相同的活化条件下，不同催化剂对活性炭的孔结构及其电化学性能有所影响，催化效果从大到小依次为氯氧化锆＞乙酰丙酮锆＞硝酸氧锆＞氯化亚铁4、氯氧化锆对石油焦有明显的催化活化效果，添加催化剂的样品在活化后比表面和比电容均有显著提高，比电容最高可达105.1F／g，比未添加催化剂的样品提高近30％。添加不同比例的催化剂时，石油焦的比表面积和比电容均呈现上升后下降的趋势，在添加比例达到2％时，比表面积和比电容达到最大值。添加催化剂的样品在充放电过程中锆没有发生氧化还原反应，电极表现出良好的电容行为。5、活化条件的改变对活化反应程度有较大影响。活化温度的提高和时间的延长使得活化反应程度加深，烧蚀率提高。同时，相对于活化时间的延长，活化温度提高的影响更加显著。