哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
随着全球对环境保护的关注，煤气化技术作为一种清洁利用技术，得到广泛
应用。煤气化细灰作为煤气化过程中产生的固体废弃物存在一定的孔隙，具有制
备超级电容器活性炭的潜力。超级电容器作为一种新型储能器件，具有快速充放
电、高能量/功率密度和稳定的循环性能等特点，并广泛应用于电力电子、电动汽
车和计算机电源备份等领域。若实现以煤气化细灰为原料制备超级电容器活性炭，
可促进煤气化细灰的大规模、高值化利用。
论文以煤气化细灰为原料，通过研究不同方式对煤气化细灰脱灰效果的影响
以及不同活化剂对活性炭孔隙结构和电化学性能的影响，确定煤气化细灰活化步
骤。在此基础上，改变活化条件对活性炭理化结构进行调控，并研究其理化性质
和电化学性能。通过活性炭的等温吸附/脱附测试，表征其孔隙结构，通过XRD测
试和拉曼测试研究活性炭的石墨化程度，通过XPS测试研究活性炭的表面官能团，
通过CV、GCD、EIS测试研究活性炭的电化学性能。
论文的主要研究内容包括：研究HF、HCl、HF-HCl三种脱灰方式对煤气化细
灰脱灰效果的影响；研究ZnCl、HPO、KOH三种活化剂对活性炭孔隙结构和电
234
化学性能的影响；研究不同活化温度、活化时间、碱碳比对活性炭孔隙结构、石
墨化程度等理化性质的影响；研究活性炭和镍钴掺杂活性炭电化学性能。
论文主要结论：
（1）HF、HCl、HF-HCl三种脱灰方式中，HF-HCl酸洗脱灰效果最佳。在
HF-HCl酸洗脱灰的条件下，改变脱灰温度，发现80℃时脱灰效果最佳。确定采用
80℃HF-HCl对煤气化细灰进行脱灰。
（2）ZnCl、HPO、KOH三种活化剂中，采用KOH活化制备的活性炭具有
234
2
最佳的比表面积（1989.47m/g）和电化学性能（211.89F/g）。确定采用KOH活
化的方式制备活性炭。
（3）在活化温度650℃、活化时间1h、碱碳比5:1的条件下制备得活性炭平
2
均孔径达到3.14nm，比表面积达到2399.87m/g，石墨化程度I/I达到1.12，含
DG
氧官能团占比达到22%。
（4）在活化温度为800℃、活化时间为60min、碱碳比为5:1的条件下制备得
活性炭具有最佳的电化学性能，质量比电容达到211.84F/g（1A/g），电容保持率
达到84.9%（1-20A/g）。在双电极体系下，比电容达到208.24F/g（1A/g），保
I
哈尔滨工业大学硕士学位论文
持率为86.4%（1-10A/g），功率密度为0.6kW/kg时，能量密度达到5.21Wh/kg，
在10000圈的循环寿命达到102.51%。
（5）镍钴掺杂活性炭在三电极测试体系中，其比电容最高为416F/g（1A/g），
电容保持率为78.8%（1-20A/g）。在双电极体系下，质量比电容达到80.89F/g（1
A/g），保持率达到75.94%（1-10A/g），功率密度为1.4kW/kg时，能量密度达
到22.02Wh/kg，在5000圈循环寿命测试中保持率达到77.92%。
关键词：煤气化细灰；KOH活化；超级电容器活性炭；镍钴掺杂；
II
哈尔滨工业大学硕士学位论文