摘要
化石能源的过分开发造成的污染已经远远超出了生态环境所能承受的冲击，如何开发利用并储存新能源来缓解化石能源带来的环境伤害已经迫在眉睫。超级电容器作为新型的储能元件因其高能量密度以及循环寿命长的优势为研究者们所青睐，其中起到关键核心作用的电极材料受到了重点关注。多孔炭材料因高比表面积，孔隙丰富，高导电性等优点而被应用于储能装置的电极材料，选择合适的原料并优化制备流程来制备多孔炭受到了关注。我国煤炭资源十分丰富，在2021年中国的原煤产量突破四十亿吨，煤沥青作为煤化工副产物的产量也随之提升。本文以煤沥青为原料通过不同的手段制备多孔炭材料并探究其在三电极体系中的电化学性能。主要研究内容如下： 首先，以煤沥青为原料预氧化后通过水热炭化及KOH活化得到煤沥青基多孔炭，探究不同的活化温度及水热炭化是否引入赖氨酸对多孔炭材料性能的影响。在800℃的最佳活化温度下，水热过程中加入赖氨酸制备了具有1467m2/g的高比表面积及丰富微介孔多孔炭。在三电极体系中对多孔炭电极材料进行测试发现其表现出典型双电层电容特性并且在0.1A/g的电流密度下具有289F/g的高比电容。实验证明水热炭化中加入赖氨酸提升了多孔炭比表面积及孔隙结构的同时也提升了其电化学性能。 其次，以预氧化煤沥青为原料，三聚氰胺为发泡剂，纳米碳酸钙作为硬模板剂通过炭化活化制备富含微介孔的煤沥青基多孔炭，实验探究了纳米碳酸钙的不同比例对多孔炭结构及电化学性能的影响，制备的多孔炭比表面积高达1072m2/g。在三电极体系中具有225.6F/g的高比电容，同时在双电极体系中展现了97.29%的高电容保持率。实验证明纳米碳酸钙的引入能够提升多孔炭的比表面积并控制其孔隙结构，显著提升多孔炭电极材料的电化学性能。 最后，以预氧化煤沥青为原料采用纳米碳酸钙与氯化钠盐双模板法通过炭化活化手段制备含大量介孔的煤沥青基多孔炭，实验探究了不同活化温度以及不同活化剂KOH的比例对多孔炭孔隙结构以及电化学性能的影响，实验制备了比表面积高达1474m2/g的煤沥青基多孔炭。在三电极体系中多孔炭电极材料表现出典型的双电层电容特性并且在0.1A/g的电流密度下具有375F/g的超高比电容，高于大部分以往关于煤沥青多孔炭研究报道的电化学性能。实验证明活化温度以及活化剂比例能够有效改善多孔炭的比表面积并提升其电化学性能。
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