超级电容器具有以下优点,即高功率密度,快速充放电和长循环寿命。多孔碳作为电极材料,具有比表面积大,孔隙连通和导电性好等优点。煤沥青作为煤加工过程中的副产品,含碳量高且产量巨大,因此可作为碳源来合成多孔碳材料并应用于储能领域,有助于实现煤焦油沥青的资源化高效利用。本论文以煤焦油沥青为碳源,结合硬模板法和活化法合成系列沥青基多孔碳,同时研究了其超电性能。首先,以煤焦油沥青（CTP）为碳源,氧化钙为硬模板,活化剂使用KOH,通过一步碳化活化的方式合成了分级多孔碳（Hierarchical porous carbon,HPCs）。研究了活化剂用量、活化时间和活化温度对多孔碳的形貌结构和超电性能的影响。结果表明,碳材料的比表面积在活化剂用量提升和活化温度增加时都可以提高,活化温度的提高能提升碳材料的倍率性能,但赝电容会由于杂原子含量降低而减小,总比电容降低。对比HPCs-0.5-600-1、HPCs-0.5-600-2和HPCs-0.5-600-3的性能可知,当活化时间为2小时,HPCs-0.5-600-2比表面积最大且比电容和倍率性能都较高。其次,以CTP为碳源,花状碱式碳酸锌为模板,KOH为活化剂,通过先碳化后活化制备了花状多孔碳球（Porous carbon-sheet microspheres,PCSMs）。研究了活化和锌源浓度对花状多孔碳球的形貌、结构以及超电性能的影响。结果表明,KOH活化后能显著的提升碳材料的比表面积,同时使碳片间距增大有利于电解液的渗透。此外,随着锌源浓度的增加,模板的结构更致密,因此合成的碳材料的比表面积逐渐增加。在三电极系统中,最优样PCSMs-0.2a在1 A g-1和50 A g-1下的比电容分别为313 F g-1和256.5 F g-1,电容保持率高达81.9%。最后,碳源使用煤焦油沥青,模板用水热沉淀法合成的层状碱式碳酸镁,活化剂采用KOH,通过先碳化后活化制备了层状分级多孔碳材料（Lamellar hierarchical porous carbon,LHPCs）。研究了活化温度和活化剂用量对层状多孔碳的形貌、结构和超电性能的影响。结果表明,提升活化剂的用量和活化温度可以使所制备的多孔碳材料层状结构变得更加弯曲,碳中的O随着活化剂用量增加而增加。当活化温度为700℃时,碳材料的介孔最丰富,比表面积为884.33 m2 g-1。LHPCs-1-700在6 M KOH电解液三电极系统中,比电容在1 A g-1时为298 F g-1。
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