生活垃圾衍生炭气凝胶复合材料电容性能研究

• 作 者: 段应娇
• 出 处: 西安工业大学
• 发表日期: 2021年04期
• 关键词: 炭气凝胶 镍钴层状双氢氧化物 复合材料 超级电容器 电化学性能

当今社会,能源需求量剧增及传统化石燃料的燃烧所带来的环境问题不断涌现。超级电容器作为新型绿色储能器件能有效的解决环境与能源两大问题。超级电容器具有高能量密度和功率密度、循环寿命长、快速充放电、环境友好等优势可以弥补传统电容器和电池的缺陷。由于影响超级电容器性能的根本因素是电极材料,因此开发比电容高和成本低廉的电极材料已成为研究的重点。层状金属双氢氧化物的比电容高,生活垃圾衍生的碳材料成本低廉、稳定性及导电性高,将两者复合有望获得高性能、低成本的超级电容器电极材料。目前,随着城市人口增加导致生活垃圾不断剧增,以腐败果蔬为首的生活垃圾后处理困难并且渗滤液会导致微生物的大量繁殖和环境的二次污染。本文提出以腐败果蔬和微生物为原料制备炭气凝胶（CS）,来弥补镍钴层状双氢氧化物（Ni-CoLDH）稳定性和导电性差等问题,复合电极材料的制备能有效的解决环境问题和能源危机。本论文研究的主要内容和结果如下:（1）采用共沉淀法和牺牲模板法分别制备了二维（2D）片层和三维（3D）中空纳米笼的两种形貌Ni-CoLDH。结果显示,3D Ni-CoLDH₃具有更高的比表面积、孔隙结构以及优异的性能,在1 A/g的电流密度下,该材料的比电容高达933.42 F/g,倍率性能为63.29%,在5 A/g电流密度下经过1000次循环测试,比电容保持率为85.29%。（2）采用腐烂果蔬（烂苹果）为原料,通过高温碳化后与3D Ni-CoLDH₃进行复合。探讨了不同碳化温度对腐烂苹果衍生炭气凝胶（RA-CS）的影响,其中碳化温度为800℃时,RA-CS₈₀₀呈现多孔纳米球网络结构,比电容高达276.11 F/g,倍率性能可达65%,循环稳定性为98%。RA-CS₈₀₀的含量为3 mg时,RA-CS₈₀₀/3D Ni-CoLDH₃-3复合电极材料具有高的比电容（970.60 F/g）,高导电性和优异的稳定性（89.01%）,并高于单一组分的3D Ni-CoLDH₃。（3）采用微生物（沼泽红假单胞菌）为原料,经过冷冻干燥和碳化（800℃）后与3D Ni-CoLDH₃进行复合。结果表明,多孔微生物衍生炭气凝胶（M-CS）中存在Fe₂P并展现出优异的循环稳定性（99.49%）和良好的导电性。M-CS₈₀₀的含量为8 mg时,M-CS₈₀₀/3D Ni-CoLDH₃-8具有高的比电容（1876.82 F/g）,良好的倍率性能、优异的稳定性（90.13%）和较高的导电性,这都将优于3D Ni-CoLDH₃。