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超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件,具有高的能量密度、高的功率密度和充电速度快等优点,最有望应用于未来油电混动汽车、移动通讯、太阳能/风能发电等诸多大功率需求领域。众所周知,超级电容器主要由电极材料、隔膜和电解液组成;其中,电极材料是决定电容器性能的核心因素之一。因此,本论文主要对煤基碳量子点及其复合电极材料的制备和电化学性能进行了研究,以煤基碳量子点及其复合材料为电极材料进行超级电容器实际组装测试及其工艺设计。主要工作内容如下:以炭黑(TH)、太西煤(TX)和烟煤(YM)为碳源,通过简单的氧化还原法制备了一系列的碳量子点和煤基碳纳米材料。借助XRD、FTIR、TEM、SEM等对材料进行结构形貌表征,利用循环伏安法、恒流充放电法和电化学阻抗谱技术测试了电极材料的电容性能。研究表明,在 1 mol/L 的Na2SO4溶液,电位扫速 10 mV/s 时,TH-24-GO、TX-24-GO、YM-24-GO的比电容分别为93.47 F/g、83.26 F/g、40.33 F/g。对比不同还原方法(化学还原标记为-C和热还原标记为-T)对材料性能的影响,在1 mol/L的Na2SO4溶液,电位扫速10 mV/s时,TX-CQDs-C、TX-CQDs-T 的比电容Cspec分别为:157.4 F/g、141.5 F/g,当扫速从 10 mV/s增加到 100mV/s 时,比电容从 157.4 F/g、141.5 F/g 衰减到 118.4F/g、100F/g,将TX-CQDs-C组装成的电容器与LAND电池测试系统连接,在5 mA充放电电流下,进行200次充放电循环,具有稳定的充放电循环性能。研究得出太西煤作为原材料,制备的石墨烯量子点显示出较好的倍率特性,且材料的循环稳定性能较好。采用溶剂热法将三种碳量子点和Mn3O4复合得到三种复合材料,并对材料进行XRD、FTIR、TEM、SEM等物性表征,将复合材料制备成工作电极和组装成电容器进行了电化学性能测试。实验结果表明,TH-CQDs/Mn3O4、TX-CQDs/Mn3O4、YM-CQDs/Mn3O4 制备的工作电极在1mol/L的Na2SO4溶液中10 mV/s的扫速下,电容值分别为218.7 F/g、223.5 F/g、192.3 F/g,从 10 mV/s 增加到 100 mV/s 电容保持率分别为 36.6%、63.%、36.5%。选TX-CQDs/Mn3O4材料进行了实际电化学电容器组装,在LAND电池测试系统进行了测试,在5 mA充放电电流下,进行200次充放电循环,稳定性能良好。研究表明碳量子点/Mn304复合材料的性能(223.5F/g)优于单独的碳量子点(157.4F/g)和Mn3O4(57.4F/g)材料,组装成电化学电容器,进行循环稳定性测试200次,无明显的衰减,稳定性良好。