【摘 要】
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如今,能量储存和资源问题是人类社会发展面临的两个巨大挑战。使用生物质废弃物制备具有高比表面积、高微孔比率和优良导电性的多孔活性炭的研究,在能源转换和储存领域引起了科研学者们的广泛关注。本论文利用芒果核和油菜花籽粕（油粕）生物质废弃物作为原材料,通过碳化制备活性炭电极材料的前驱体。随后,在简单的高温活化过程中使用KOH活化得到氮（N）、氧（O）掺杂的芒果核活性炭（Mango Seed Activat
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如今,能量储存和资源问题是人类社会发展面临的两个巨大挑战。使用生物质废弃物制备具有高比表面积、高微孔比率和优良导电性的多孔活性炭的研究,在能源转换和储存领域引起了科研学者们的广泛关注。本论文利用芒果核和油菜花籽粕（油粕）生物质废弃物作为原材料,通过碳化制备活性炭电极材料的前驱体。随后,在简单的高温活化过程中使用KOH活化得到氮（N）、氧（O）掺杂的芒果核活性炭（Mango Seed Activated Carbon,MSAC）与氮（N）、氧（O）、磷（P）、硫（S）多原子共掺杂的油粕活性炭（Rapeseed Meal Activated Carbon,RMAC）电极材料。具体研究内容如下:（1）探究不同KOH活化剂的量对MSAC的微观结构、电化学性能的作用规律。结果表明,使用更高含量的KOH活化剂活化时,得到的MSAC材料的比表面积和微孔率更高,但元素掺杂的含量会有所减少。性能最好的MSAC-4电极材料表现出较高比表面积(1815 m~2?g-1)、高微孔率（94%）以及高含量N（1.71at.%）和O（10.93 at.%）的掺杂。在1 A?g-1电流密度下MSAC-4电极材料可获得402 F?g-1的超高比电容。在5000次循环后MSAC-4电极材料相较于初始电容值保持高达102.4%的电容值,显示出非常高的循环寿命稳定性。随后,在6 M KOH、1 M[BMIM]BF4/AN电解液和PVA/KOH固态电解质中详细研究了MSAC电极材料组装的超级电容器的电化学性能。最后,由MSAC-4作为负极、NiCoAl层状的双氢氧化物（Layered Double Hydroxide,LDH）作为正极和PVA/KOH固态电解质组装的柔性全固态非对称超级电容器（Flexible All-Aolid-State Asymmetric Supercapacitor,FSAS）,在187.5 W?kg-1的功率密度下可以获得高达33.65 Wh?kg-1的能量密度,并在10000次循环后保持80%的初始电容。（2）探究不同活化温度对RMAC的微观结构、电化学性能的作用规律。更高活化温度得到的RMAC材料的比表面积和微孔率更大,但元素掺杂的含量会有所降低。优化得到具有大比表面积(3291 m~2?g-1)以及N、O、P、S多元素掺杂的RMAC-800电极材料。RMAC-800在1 A?g-1下进行测试时,可以获得416 F?g-1的超高比电容,并在10000次循环后保持相较于初始电容高达92%的电容值,RMAC-800电极材料表现出非常优异的电极性能和高的循环寿命保持率。随后在6 M KOH和1 M[BMIM]BF4/AN不同的电解液中详细研究了RMAC-800电极材料组装的对称超级电容器的电化学性能。所得器件在1125 W?kg-1的功率密度下,实现了195.94 Wh?kg-1的高能量密度,并在5000次循环后相较于初始电容值保持高达75%的电容值。综上所述,芒果核、油粕等生物质废弃物原材料成本低、材料环保,通过高温碳化活化就可以得到具有优异电化学性能的电极材料。本论文的研究为能源转换和存储系统领域提供了一种成本低和易制备多孔碳材料的策略。
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