题目：双电层电容器电极材料的制备及表征

双电层电容器，作为一种新型储能装置，与蓄电池相比具有较高的比功率，与传统电容器相比具有较高的比能量，容量大，无须维护，材料无毒，运行温度范围宽，循环寿命长等优点。在混合电动车、数字通讯系统、计算机系统等领域有广阔的应用前景，因此，引起了人们的广泛关注。众所周知，电极材料是超级电容器的重要组成部分，也是决定超级电容器性能的重要因素。因此，相关工作一直是该领域学术界和工业界的研究热点。根据储能原理，超级电容器电极材料主要可分为三种：炭材料、金属氧化物、导电聚合物。其中，各种类型的炭材料以其优良的电化学性能被广泛地应用于超级电容器的电极材料。
本文开展了高性能活性炭的研制、表征、及其作为超级电容器中电极材料的基础应用研究。通过碳化、活化控制和调节活性炭材料的孔径大小和比表面积。采用N2吸附法对活性炭的比表面和孔结构进行了表征，同时，结合傅立叶红外光谱(FTIR)和粉末X射线衍射分析(XRD)对活性炭样品的表面官能团和晶体结构进行了分析。采用适当的工艺制成活性炭电极并组装成模拟电容器，利用循环伏安、恒流充放电等电化学测试方法考察了模拟电容器在6 mol·L-1 KOH和1mol·L-1 LiClO4/PC溶液中的电化学性能。主要进行了以下几个方面的工作：
1)        以AR树脂为原料，以KOH为活化剂，通过化学活化法制备出具有高比表面积活性炭材料，并考察了活化时间、炭化温度、活化温度等工艺条件对活性炭材料收率、比表面积、总孔容、平均孔径以及孔径分布的影响。研究表明，随着活化时间延长，活化温度的升高，活性炭材料收率也随之减小、比表面积和总孔容随着活化时间的延长和活化温度的升高均呈现先增加后减小的趋势；随着炭化温度的升高，活性炭材料收率也随之增加、活性炭比表面积和总孔容随着炭化温度的升高而减小。同时，活性炭比表面积和总孔容随着炭化温度的升高而减小。最佳工艺条件：当碱炭比值为4、活化时间为2 h、炭化温度为600 oC、活化温度为600 oC条件下所制备的活性炭材料比表面积达2196.6 m2·g-1，总孔容为1.35 m3·g-1；碱炭比值为4、活化时间为2 h、炭化温度为500 oC、活化温度为800 oC的条件下制备的活性炭材料比表面积达2011.3 m2·g-1，总孔容为1.25 m3·g-1。
2)        以活性炭作为电极材料，并组装成模拟电容器，考察了活化时间、炭化温度、活化温度、比表面积、总孔容等对所制备活性炭材料电容性能的影响。以6 mol·L-1 KOH溶液为电解液时，活性炭比电容随着时间的延长，炭化温度、活化温度的升高均呈现先增大后下降的趋势；比电容基本符合与比表面积、总孔容成正比关系。以1 mol·L-1 LiClO4/PC溶液为电解液时，随着活化时间延长、活化温度的升高，比电容先升高后下降。随着炭化温度的升高，比电容不断下降；同样，比电容基本符合与比表面积、总孔容成正比。在6 mol·L-1 KOH溶液中，恒电流充放电密度为50 mA·g-1，充放电电压范围为0-1.0 V时，最大比电容可达329.6 F·g-1，在1 mol·L-1 LiClO4/PC溶液中，恒电流充放电电流密度为 50 mA·g-1，充放电电压范围为0-2.3 V时，获得的最大比电容为187.8 F·g-1。
3)        此外，研究了不同充放电电流密度对活性炭材料比电容和电化学稳定性的影响。结果表明，充放电电流密度大小对活性炭材料的比电容有着重要的影响。以6 mol·L-1 KOH溶液为电解液，在50 mA·g-1充放电密度下，活性炭材料最大比电容可达329.6 F·g-1，500 mA·g-1下的比电容为227.1 F·g-1，电容保持率(C50/C500)为68.9%，300次充放电循环后，充放电效率保持在90%以上；在1mol·L-1 LiClO4/PC溶液中，50 mA·g-1充放电密度下，最大比电容可达187.8 F·g-1，500 mA·g-1下的比电容为131.5 F·g-1，电容保持率为70.0%，300次充放电循环后，电容量衰减仅为4%。这些结果说明了制备的活性炭作为双电层电容器电极材料具有优良的电容性和稳定性。