活性炭纤维的表面改性及其电化学性能研究

用质量分数65%的浓硝酸分别浸渍炭化前和炭化后的蚕茧,然后在不同温度条件下进行热处理,得到改性活性炭纤维材料。利用低温氮气吸附-脱附仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对改性前后活性炭纤维材料的孔结构和电化学性能进行分析表征。用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等测试方法研究了活性炭纤维电极材料的炭化温度和炭化顺序对中孔炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明:随着炭化温度的升高,活性炭纤维电极材料比表面积和孔容逐渐增加;炭化温度为600℃时,采用先炭化后吸附方法制备的活性炭纤维电极材料比电容可以达到124.56F/g,比先吸附后炭化制备的样品比电容(82.69F/g)提高了约51%。     

复合电极中聚苯胺含量对超级电容器电化学性能的影响

采用原位复合法和界面聚合法分别制备了纤维状的聚苯胺/乙炔炭黑复合材料和聚苯胺,讨论了复合电极中聚苯胺含量对超级电容器电化学性能的影响。研究表明,复合电极材料中聚苯胺的含量不是影响其电化学性能的决定性因素。聚苯胺/乙炔炭黑复合电极(直径约200nm)在5mA/cm2和1mol/L的H2SO4溶液中首次充放电单电极比电容高达432F/g,该值比聚苯胺含量高的复合电极和直径相近纯聚苯胺电极的单极比电容值354和416F/g都高。     

炭钌复合电极碱性电化学电容器的研究

采取溶胶凝胶法在活性炭表面合成RuO2·xH2O,经150℃热处理制得炭钌复合材料。将炭钌复合电极作为碱性电化学电容的正极,研究不同钌含量复合电极的电化学性能,实验证实,当复合电极中的钌质量分数达30%时,其比电容可从纯活性炭电极的241F/g增加到333F/g,且复合电极具有与活性炭电极同样优异的高功率放电特性;随着复合电极中钌含量的增加,电极的比电容也会相应地增加,而当电极中的钌质量分数大于10%后,水合氧化钌的贡献比电容却逐渐下降,并稳定在440F/g左右。     

NiO-改性活性炭电极电化学电容器研究

为提高普通活性炭材料的电化学性能,用Ni(NO3)2溶液浸渍法和高温热解对活性炭进行改性处理.分别采用氮气吸附法、SEM、XPS等方法分析研究改性炭材料的比表面积、孔结构、形貌和组成;用循环伏安、恒流充放电等电化学方法研究改性活性炭电极构成的电化学电容器性能.结果表明,由Ni(NO3)2热解产生的NiO有准电容效应,与活性炭原有的双电层电容构成了复合电容,因而改性炭的电容量有明显的提高,其质量比电容达到246.1 F/g,比原样炭的130.1 F/g提高了89.2%,表观体积比电容和面积比电容分别高达169.7 F/cm3和30.1 μF/cm2,均显著优于普通炭材料.     

过渡金属离子电化学掺杂聚苯胺的超级电容性能EI北大核心CSCD

在酸性介质中,采用电化学循环伏安法合成了Ag+掺杂改性聚苯胺复合电极材料,利用红外光谱、X射线衍射和扫描电镜等检测手段对电极材料的结构和形貌进行了表征,研究了Ag+不同掺杂浓度对聚苯胺电容性能的影响,同时探讨了系列过渡金属离子与聚苯胺之间的作用机理及对容量的影响规律。结果表明,电流密度为3 m A/cm2时,浓度为0.12mol/L的Ag+改性聚苯胺电极材料的比电容达1000 F/g,循环1000次后,比电容的保持率为71%,相对于无Ag+掺杂的PANI(比电容和比电容的保持率分别为591 F/g和46%),其电化学性能有较大程度的改善。利用电子亲和势和离子半径的比值(Ea/r)可以说明不同过渡金属离子对聚苯胺比电容的改善程度。     

过渡金属离子电化学掺杂聚苯胺的超级电容性能EI北大核心CSCD

在酸性介质中,采用电化学循环伏安法合成了Ag+掺杂改性聚苯胺复合电极材料,利用红外光谱、X射线衍射和扫描电镜等检测手段对电极材料的结构和形貌进行了表征,研究了Ag+不同掺杂浓度对聚苯胺电容性能的影响,同时探讨了系列过渡金属离子与聚苯胺之间的作用机理及对容量的影响规律。结果表明,电流密度为3 m A/cm2时,浓度为0.12mol/L的Ag+改性聚苯胺电极材料的比电容达1000 F/g,循环1000次后,比电容的保持率为71%,相对于无Ag+掺杂的PANI(比电容和比电容的保持率分别为591 F/g和46%),其电化学性能有较大程度的改善。利用电子亲和势和离子半径的比值(Ea/r)可以说明不同过渡金属离子对聚苯胺比电容的改善程度。     

过渡金属离子电化学掺杂聚苯胺的超级电容性能

在酸性介质中,采用电化学循环伏安法合成了Ag+掺杂改性聚苯胺复合电极材料,利用红外光谱、X射线衍射和扫描电镜等检测手段对电极材料的结构和形貌进行了表征,研究了Ag+不同掺杂浓度对聚苯胺电容性能的影响,同时探讨了系列过渡金属离子与聚苯胺之间的作用机理及对容量的影响规律。结果表明,电流密度为3 m A/cm2时,浓度为0.12mol/L的Ag+改性聚苯胺电极材料的比电容达1000 F/g,循环1000次后,比电容的保持率为71%,相对于无Ag+掺杂的PANI(比电容和比电容的保持率分别为591 F/g和46%),其电化学性能有较大程度的改善。利用电子亲和势和离子半径的比值(Ea/r)可以说明不同过渡金属离子对聚苯胺比电容的改善程度。     

超级电容器用聚苯胺／活性炭复合电极的研究

通过循环伏安法在多孔活性炭表面沉积了聚苯胺膜,并采用扫描电子显微镜、交流阻抗潜以及恒电流允放电技术对聚苯胺、活性炭和聚苯胺/活性炭复合电极进行了研究.结果显示:聚苯胺在活性炭表面形成一层由多孔网状结构组成的均匀的膜.聚苯胺/活性炭复合电极比活性炭电极具有更高的容量,同时比聚苯胺电极具有更好的循环稳定性.聚苯胺/活性炭复合电极的比电容为587F/g,而活性炭电极仅为140F/g.在50次充放电循环后,聚苯胺电极比电容从513降至334F/g,而聚苯胺/活性炭复合电极从415F/g下降为383F/g.     

表面氧化改性制备活性炭电极材料及其电化学性能研究

以商用活性炭为原料,采用20%硝酸液相氧化处理后,制备了硝酸改性活性炭。采用低温N_2吸附法表征了活性炭的孔结构性质,采用FTIR、Boehm滴定法进行了表面性质表征,测定、比较了商用活性炭和不同温度条件下的硝酸改性活性炭为原料所制备电极的循环伏安、恒定电流充放电、交流阻抗等电化学性能,探讨了硝酸改性活性炭电极的电容产生机理。实验表明,经硝酸氧化处理后,活性炭的比表面积和孔容略微增加,平均孔径稍增大,含氧官能团数量有所增加。由于氧化处理后活性炭材料赝电容的增加,相比商用活性炭电极的比电容量89.61F·g~(-1),硝酸改性活性炭电极比电容量增大到106.56 F·g~(-1),并表现出较好的功率特性、容量特性和较小的阻抗,同时具有大电流放电的特性。     

双电层电容器用中孔炭微球/活性炭复合电极的制备

采用水热法合成比表面积1850m2/g、粒径lμm的中孔炭微球(MCM);而后将所制MCM加入比表面积为3200m2/g的超级活性炭(HSAC)中制成用于双电层电容器的复合电极材料,并研究了该复合电极材料的电化学性能.结果表明:在比表面积为3200m2/g的HSAC中添加质量分数20%的MCM后,其颗粒接触内阻、离子扩散内阻明显降低;在6mol/L的KOH电解液体系中,在12A/g的电流密度下,其比电容仍能稳定在230F/g.而在同样的条件下,纯HSAC和纯MCM的比电容仅分别为190F/g和148F/g.复合电极在大电流下电化学性能的提高应归因于MCM合适的粒径、中孔结构及其较高的比表面积.     

Nanostructured TiO2-coated activated carbon composite as an electrode material for asymmetric hybrid capacitors

A nanostructured TiO2-coated activated carbon (TAC) composite was synthesized by a modified sol-gel reaction and employed it as a negative electrode active material for an asymmetric hybrid capacitor. The structural characterization showed that the TiO2 nano-layer was deposited on the surface of the activated carbon and the TAC composite has a highly mesoporous structure. The evaluation of electrochemical characteristics of the TAC electrode was carried out by galvanostatic charge/discharge cycling tests and electrochemical impedance spectroscopy. The obtained specific capacitance of the TAC composite was 42.87 F/g, which showed by 27.1% higher than that of the activated carbon (AC). The TAC composite also exhibited an excellent cycle performance and kept 95% of initial capacitance over 500 cycles.     

纳米碳管与活性炭复合电极电吸附脱盐性能的研究

为考察纳米碳管（CNTs）、活性炭（AC）及其复合电极的电吸附脱盐性能，将其粉末压制成电极，组装成脱盐器，比较电极电吸附脱盐能力和脱盐能耗。结果表明，在活性炭电极中添加纳米碳管有效地降低了电极电阻和脱盐能耗，少量纳米碳管的添加能在一定程度上提高其电极比表面积、孔容以及在盐水中的比电容；当复合电极中纳米碳管的含量为10％时，其电极在盐水中的电吸附比电容达到113.5F/g，其电极脱盐效果最为显著，其脱盐耗能比活性炭电极降低约67％左右。     

聚偏二氯乙烯基炭用作高功率EDLC电极材料

在600℃～1100℃对聚偏二氯乙烯(PVDC)树脂仅进行炭化处理,制备了一系列PVDC基活性炭.由TG、XRD和N_2吸附等温线(77 K)分别测定了PVDC基炭经历的热解过程与其晶型、比表面积和孔结构;采用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电考察了它们在质量分数30%的 KOH水溶液中的电容特性.结果表明:PVDC基炭属于无定形碳,其大的比表面积(874.5m~2/g～969.2m~2/g)和丰富的微孔在固相炭化过程中形成;PVDC基炭具有适于双电层形成的优异孔径分布、高的质量比电容和面积比电容;900℃炭化的PVDC基炭具有最高的比电容值和良好的功率特性,50mA/g电流密度时的放电比电容达256.9F/g,5000mA/g电流密度时的放电比电容保持率达76.5%;提高炭化温度可提高PVDC基炭的电导率,降低电解质离子在孔内的扩散阻抗,改善双电层电容器的功率性能.     

超级电容器用聚苯胺/有序介孔炭复合电极的性能

利用原位聚合法制备了聚苯胺/有序介孔炭复合材料.通过恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试考察了不同聚苯胺含量对聚苯胺/有序介孔炭复合材料电化学性能的影响.研究表明:与纯的有序介孔炭和聚苯胺相比,聚苯胺/有序介孔炭复合材料具有更高的比容量,良好的稳定性和充放电循环性能.当聚苯胺质量分数为60%,电流密度为0.1A·g-1时,比容量可以达到409F·g-1.     

聚苯胺修饰活性炭电极电化学性能

采用循环伏安法在活性炭电极（AC）表面合成导电聚苯胺，得到聚苯胺修饰活性炭复合电极（PAn／AC），通过循环伏安（CV）、恒流充放电技术研究了电极的电容特性，并计算了其等效串联电阻。结果表明，在硫酸溶液中，复合电极呈现较好的电容特性，复合电极的比电容能达到545F／g，比纯活性炭电极的306F／g提高了78％，不同放电电流密度下求出的比电容比纯活性炭电极平均提高了89％，且复合电极的ESR比AC电极稍小。     

超级电容器用中孔炭的研究

以石油焦为原料,运用化学活化法制备了超级电容器用高比表面积中孔活性炭。利用XRD、SEM和BET对实验制备的中孔炭进行了分析和表征。以实验制备的活性炭为超级电容器电极材料,利用恒流充放电测试对其电容特性进行了研究。结果表明,实验研制的活性炭的比表面积为1733m^2／g,中孔含量达到60．6％,在150mA／g的电流密度下其比容达到180F／g,而且基于实验研制的活性炭的超级电容器具有低内阻和良好的功率特性。     

水蒸气二氧化碳共活化制备聚苯胺基活性碳在离子液体超级电容器中的应用

通过水蒸气二氧化碳(H 2O(gas)-CO₂)共活化的物理活化方法制备聚苯胺基活性碳被广泛应用于商业活性碳的规模化生产,相比于化学活化方法,该方法制备的活化产物无活化剂残留、清洗简单且工艺过程环保。以聚苯胺为原料,探究了H 2O(gas)的量和CO₂分压对活化产物的影响。采用氮气吸/脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征手段系统研究了活性碳的孔径分布及孔道结构,采用电化学工作站研究了活性碳作为离子液体电容器电极材料的电化学性能。当H 2O(gas)和碳化产物的质量比为4∶1、CO₂分压为0.6时,所制备活性碳的比表面积和孔体积可分别达到2357 m²·g^-1和1.45 cm 3·g^-1。该样品具有丰富的中孔和大孔结构,且中孔比表面积占总比表面积的比率约为40%。采用离子电解液时,该样品作为电容器的电极材料具有较高的容量,在0.1 A·g^-1的电流密度下容量可达到203 F·g^-1,并拥有优异的倍率性能以及良好的循环稳定性,在10000次循环(5 A·g^-1)后具有91%的容量保持率。采用有机电解液时,其在1 A·g^-1的电流密度下容量可达134 F·g^-1,且在10 A·g^-1的大电流密度下容量保持率达100%。该活性碳在离子电解液和有机电解液中均具有的优异电化学性能,可归因于其丰富的中孔和大孔结构极大地减少了离子迁移阻力,从而提升了其倍率性能和在离子电解液中的循环性能。     

基于纸纤维/晶须状碳纳米管/活性炭三元无金属集流体复合纸电极的柔性超级电容器

以纸纤维(PF)为基体,晶须状碳纳米管(WCNT)和活性炭(AC)为功能添加物,采用真空抽滤法制成PF/WCNT/AC三元无金属集流体复合电极。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)光谱仪、拉曼(Raman)光谱仪对其进行表征和分析,采用两电极测试体系对组装的超级电容器性能进行测试。结果表明,与涂布法所得的铝箔集流体(Al/WCNT/AC)电极相比,由PF/WCNT/AC三元复合电极组装的超级电容器比电容大幅提高,并展现出良好的充放电性能。在1mV/s的扫描速率下比电容达325F/g,几乎是Al/WCNT/AC超级电容器(108.7F/g)的3倍。PF/WCNT/AC超级电容器在0.4A/g电流密度下的比电容为95F/g,在3.2A/g电流密度下的比能量与比功率分别为36.76 Wh/kg、5.52kW/kg。