酒糟纤维素碳气凝胶的制备及在超级电容器中的 应用

电极材料是决定超级电容器性能的主要因素,因此,合成具备特定形貌、组成以及性能优异的电极材料是构建高性能超级电容器的关键。从酒糟中提取植物纤维素,再通过冷冻干燥和热碳化处理,制备具有乱层石墨结构的纤维素碳气凝胶功能材料,并将其应用于超级电容器。研究结果表明,最优碳化温度700 ℃下制备的纤维素碳气凝胶作为电极材料,在浓度为6 mol/L的 KOH溶液和1 A/g的电流密度下,其比电容为183.5 F/g;而且该电极材料在20 A/g高电流密度下,仍保持90.0 F/g的比电容,展现出优异的倍率性能。交流阻抗拟合结果表明,CA-700组装的超级电容器界面传质电阻和扩散电阻分别为0.2829 Ω和5.7210 Ω;CA-700展现出较低的传质、扩散阻力和优异的电化学储能特性。     

静电纺丝法制备壳聚糖/聚乙烯醇基复合碳纳米纤维及其电化学性能

本工作观察并研究了不同碳化温度下制备的静电纺丝壳聚糖/聚乙烯醇基复合碳纳米纤维膜用作超级电容器电极材料时的电化学性能。通过SEM、XRD、Raman等技术对不同碳化温度得到的碳纳米纤维膜进行结构表征,利用循环伏安法(CV)和恒电流充电/放电(GCD)等电化学技术对不同碳化温度得到的碳纳米纤维膜进行电化学性能测试。结果表明,碳化温度为700℃时所制备的复合碳纳米纤维具有较好的电化学性能,在电流密度为1 A/g时放电比电容高达215 F/g,且循环4 000次后容量保持率几乎高达100%,表现出较高的放电比电容和较好的循环稳定性。     

生物质炭的制备及超级电容器性能研究

以废弃荔枝果壳为原料，在惰性气体保护下经高温炭化处理，分别以氢氧化钾和草酸钠为活化剂，制备了荔枝壳碳材料。首先，通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、BET比表面积等表征方法分析了所制碳材料的特征光谱，然后在三电极体系[循环伏安法(CV)和恒流充放电试验(GCD)]下测试了材料的电化学性能。结果表明：该材料为储能性能较好的碳材料。当电流密度为0.5A/g时，多孔碳的比电容达到209F/g。该材料具有优异的电化学性能，作为超级电容器的电极材料具有广阔的应用前景。     

多级孔碳材料的制备及其超级电容器性能研究

超级电容器因其容量大、充放电速度快、循环寿命长、功率密度高、环境污染小以及工作温度范围宽等优点而被广泛关注,可应用于存储再生能量、备用电池和替代电源等众多场景,展现出巨大的应用价值和市场潜力。然而,现有超级电容器较低的能量密度限制了其应用前景,为此研究者们提出了优化电极材料以提高其能量密度的方案。基于此,该研究以生物质——塌地松为碳源,通过高温碳化和氢氧化钾活化制备出性能优异的多级孔碳材料,性能测试证实该材料具有优异的电化学性能（电容：532.0 F/g,能量密度：12.5 Wh/kg,功率密度：5 245.6 W/kg）。研究结果表明,高比表面积（3 948.6 m²/g）、多级孔结构、均匀孔径分布及杂原子掺杂有利于提高碳材料的比电容,为超级电容器电极材料的选择和制备提供了技术指导。     

水热炭化-KOH活化制备核桃壳活性炭电极材料的研究

以核桃壳为原料,经水热炭化-KOH活化制备活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。采用低温氮气吸附、扫描电镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)等手段系统研究核桃壳活性炭的微观结构及表面化学性质,并利用恒流充放电、循环伏安等探讨其对应电极材料的电化学性能。研究表明,在碱碳比为3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下,核桃壳水热炭经KOH活化可制备出比表面积为1 236m2/g、总孔容为0.804cm3/g、中孔比例为38.3%的活性炭。该核桃壳活性炭用作电极材料在KOH电解液中具有优异的电化学特性,其在50mA/g电流密度下的比电容可达251F/g,5 000mA/g电流密度下的比电容为205F/g,且具有良好的循环稳定性,1 000次循环后比电容保持率达92.4%,是一种比较理想的超级电容器电极材料。核桃壳活性炭优异的电化学性能与其相互贯通的层次孔结构和独特的含氧表面密切相关。     

氮/磷双掺杂聚吡咯基多孔碳的制备和电容特性

以聚吡咯为碳源,通过一步碳化-活化法制备了氮/磷双掺杂分级孔结构的多孔碳。在6mol/L KOH和1mol/L Na2SO4电解液中研究了所制备多孔碳的电化学电容性能。研究表明,活化后的碳材料A-Z0比表面积高达1 433m~2/g,总孔体积为0.96cm~3/g,氮和磷元素的含量分别为1.78%和0.24%,证明A-Z0为氮/磷双掺杂的高比表面积的多孔碳。由于高的比表面积、分级孔道结构以及氮/磷官能团的协同作用,A-Z0材料表现出较为优异的电化学特性。在电流密度为0.5和30A/g时,其比电容分别达到209.3和176F/g,显示出高的比电容和倍率特性。此外,该材料也显示出优异的循环稳定性(4A/g下循环10 000圈后电容保持率为98%)。在中性电解液中,A-Z0组装成的对称两电极电容器呈现出高的能量密度(13.3 Wh/kg),表明该材料在超级电容器等领域具有潜在应用前景。     

三聚氯氰衍生多孔炭的制备及其电化学性能研究

多孔聚合物因具有高比表面积、孔结构可调性、孔隙结构丰富、合成方法多样而引起了广泛关注，在储能领域，可将其炭化后应用在超级电容器的电极材料中。在这项工作中用溶剂热法制备出多孔聚合物(PSC),以PSC为前驱体，一步炭化法制备多孔炭PSC-T。结果表明：多孔炭PSC-T具有石墨化结构，含有大量介孔。其电化学性能优异，在电流密度为1.0A/g时，比电容为190.1F/g,经过5000次的循环充放电后，比电容保留率为90%。     

超级电容器碳电极材料制备工艺优化与性能

以碳化后的中间相沥青为前驱体、KOH为活化剂制备了超级电容器用活性炭电极材料,考察了KOH活化温度和碱碳比对所制备的超级电容器用活性炭电极材料的孔隙结构和电化学行为的影响,分析了不同工艺条件下所制备的活性炭电极材料的孔结构和电化学性能的影响因素。结果表明,于800℃活化温度和4∶1碱碳比条件下制备的活性炭电极在1mol/L(C2H5)4NBF4/PC时的最大比电容量可达103.2F/g,活性炭孔结构和比电容量的变化依赖于具体的处理工艺,中孔的含量对活性炭电极的比电容量会产生重要影响。     

配位-热解法合成纳米级多孔石墨化碳材料及其电容特性

为得到高电容特性的超级电容器电极材料,以廉价的可溶性淀粉为碳源采用配位-热解法制备了纳米级多孔石墨化碳电极材料。分别利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和N2吸附-脱附(BET)等测试手段对材料的微观结构进行表征,结果表明,合成材料具有较大的比表面积(1 187m2/g)和高的石墨化程度。并对合成材料进行了电化学性能测试,测试结果说明,该材料展示了优异的电容特性,在1A/g时,其电容高达249F/g,5 000次循环后,其比电容仍为初始电容的99.97%。当以此材料为电极组装成电容器器件时,在功率密度为10 500 W/kg下其能量密度仍为46.79 Wh/kg。因此,这种方法制备的纳米级多孔石墨化碳是一种有潜力的超电材料。     

聚酰亚胺基氮掺杂碳电极材料的制备及电化学性能研究

由于氮掺杂多孔碳材料不仅保留原有材料的高比表面积、高孔隙率和发达的孔道结构等优势,还兼具杂原子良好的润湿性能和导电性,被广泛应用于超级电容器电极材料的研究。以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为原料,通过水热法,在高温高压的条件下,分子链进行“自上而下”的折叠,形成三维纳米微球结构。借助对纳米球的高温热解,使氮元素保留在碳材料中,得到含有大量微孔和介孔结构的掺杂氮碳微球。当碳化温度达到800℃时,PI碳球具有709.39m²/g的高比表面积和良好的氮掺杂率,很大程度上提高了此类电极材料的比电容和润湿性能。电化学测试表明,当扫描速率为0.5A/g时,电极材料能够达到253.6F/g的比电容,且在电流密度达到10A/g时,电极材料的电容保持率为59.6%。同时,在循环10000次后,比电容保持率出现涨幅达到105%,具有优异的循环稳定性。综上,通过自组装和氮掺杂的有效结合,制备的3D氮掺杂多孔碳微球具有理想的电化学性能,为制备超级电容器电极材料提供了一种可供参考的工艺。     

有序介孔碳材料的表面改性及电化学性能研究

选用HNO3对有序介孔碳材料进行表面改性。通过红外光谱、氮气吸-脱附等测试手段对介孔碳(OMC)和硝酸改性介孔碳(OMC-H)的结构进行表征。采用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等测试比较OMC和OMC-H的电化学性能。结果表明,改性后OMC-H的孔结构发生了变化,OMC的介孔孔径增大,比表面积和孔体积减小。同时,改性也改善了超级电容器的电化学性能。OMC-H单电极在1 m V/s的比电容为262 F/g,高于OMC单电极的比电容(205 F/g)。改性后OMC-H电容器的电荷转移阻抗明显减小。OMC-H电容器欧姆电压降明显小于OMC,表明硝酸改性后介孔碳电极的等效串联内阻减小。改性后OMCH电容器充放电1 500次以后,比电容趋于稳定在58F/g,相比改性前OMC电容器的49 F/g有明显的增加。     

多孔纳米碳纤维的制备及其在超级电容器中的应用研究

利用溶胶凝胶燃烧法制备了碱金属氧化物掺杂的铜催化剂,并使用这种催化剂在不同的温度、掺杂比例下通过热CVD法合成出了具有多孔分叉结构的纳米碳纤维.通过TEM、HRTEM、BET和激光拉曼光谱等手段对产物进行表征,显示这种纳米碳纤维的比表面积可高达1162m2/g,远高于普通的碳电极材料,并且具有非常丰富的中孔结构,克服了常规碳纳米纤维在应用中表现出的相对有效利用面积不大,比电容不高等缺陷,具备做电极材料的潜力.在将其应用于超级电容器电极材料后,利用二次电池测试仪及电化学工作站对其进行了循环伏安曲线及恒流充放电曲线的测试,结果显示这种纳米碳纤维具有良好的电化学电容行为,电极的可逆性良好,并且比电容值高达203F/g.这些发现将有助于碳纳米材料可控制备的研究,并且提供了一种有一定应用潜力的超级电容器电极材料.     

分级多孔活性炭的KOH再活化法制备及其电化学性能

首先利用水热法以葡萄糖为碳源合成炭微球,然后采用KOH再活化法将炭微球制备成分级多孔活性炭,最后测试并表征其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明:KOH再活化法具有扩孔和再造孔的双重作用,可获得具有较高的比表面积、合适的分级多孔结构和良好的石墨化程度的分级多孔活性炭材料;在Na2SO4中性电解液中,在电流密度为1 A/g时,分级多孔活性炭材料的比电容可达209 F/g,表现出优异的电化学性能。     

梯级孔生物质活性炭的制备及其电容特性研究

以柚子皮为原料,采用预先炭化-KOH活化工艺制备生物质活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。采用低温氮气吸附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)等方法表征生物质活性炭的孔结构、表面形貌等微观结构和表面化学性质,利用恒流充放电、循环伏安、漏电流等手段探究生物质活性炭用作电极材料的电化学特性。研究表明:柚子皮经预先炭化-KOH活化处理可以制备出比表面积为1 347~2 269m~2/g,总孔容达0.642~1.283cm~3/g,中孔比例为23.83%~48.90%的高品质生物质活性炭。该生物质活性炭具有发达的比表面积、"大孔-中孔-微孔"三维贯通梯级孔结构,且表面富含羰基、酚羟基及羧基等含氧官能团,是一种比较理想的超级电容器电极材料。生物质活性炭电极材料在KOH电解液中具有优异的电容特性,在50mA/g电流密度下的比电容最高可达243F/g,5 000mA/g电流密度下的比电容仍可保持为175F/g,且具有优异的循环稳定性,循环1 000次后比电容保持率高达93.34%,漏电流仅为0.006 3mA。生物质活性炭优异的电化学特性与其发达的比表面积、"大孔-中孔-微孔"三维贯通梯级孔结构、合理的孔径分布及独特的富氧表面化学性质密切相关。     

具有高比电容的蘑菇衍生碳材料

以三种不同种类的蘑菇为前驱体,经过高温热处理和氢氧化钾(KOH)活化,制备生物质炭;将制备的碳材料作为电化学活性物质,应用于电极并组装超级电容器器件。扫描电子显微镜(SEM)表征结果表明,蘑菇碳为不规则的块状结构,改性后的碳材料表面出现明显刻蚀及孔结构,氮气吸脱附曲线及孔径分布进一步说明活化后其比表面积和孔隙率发生显著变化。通过循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)对其电化学性能进行测试,结果表明,三种碳材料在6 mol/L氢氧化钾电解液中均展现出优异的电化学性能。以杏鲍菇为前驱体制备的碳材料在电流密度为0.5 A/g时比电容高达427 F/g,其组装的对称器件在功率密度为150 W/kg时,能量密度可达7.8 Wh/kg。     

丝瓜络基活性炭电极材料的制备及其电化学性能表征

以丝瓜络作为前驱体,KOH为活化剂,在不同温度下炭化、活化制备活性炭,并将其作为超级电容器电极材料。采用N2吸附及电化学测试对活性炭的孔结构和电化学性能进行了表征,研究了炭化温度、碱炭比对活性炭电极材料孔结构和电化学性能的影响。结果表明:丝瓜络经过一步炭化即可制备出电化学性能优异的炭材料,经过KOH活化后比电容明显增加,在碱炭比为2时制备活性炭的比表面积、总孔容分别达到1549m2/g和0.901cm3/g,比电容达到228F/g,是未活化炭化物比电容的2.5倍,是一种理想的电极材料。活性炭作为电极材料,其比表面积存在一个最佳值,孔的容积、大小和形状对电解质离子的储存、扩散有着重要作用,对电化学性能有很大影响。     

氧化物／活性炭复合电极材料的研究

用醋酸锰和高锰酸钾制备二氧化锰粉末；用氯化钌和氢氧化钠制备水合二氧化钌粉末。以二氧化钌和二氧化锰作为电极材料的活性物质，以活性碳粉末为电极的基础原料制备复合电极，并组装超级电容器单元。用x射线衍射仪和扫描电镜对电极材料进行表征，可得复合电极具有明显的电容特征。在浓度为38％的硫酸电解质溶液中，对复合电极进行电化学性能测试，循环伏安曲线、充放电曲线和交流阻抗特性显示了复合电极材料具有良好的电化学性能。碳，锰复合电极的比容量为128F／g，碳/锰/钌复合电极的比容量为266F/g。当二氧化钌和二氧化锰在电极中质量比各占20％时，更能发挥活性物质的作用，由该电极材料组成的超级电容器具有理想的电容特性。     

电弧法制备石墨烯的孔结构和电化学性能研究

利用电弧法制备得到石墨烯(graphene)材料,并对其孔结构和电化学性能进行了研究.结果表明,利用电弧法制得的石墨烯具有发达、开放的介孔结构,比表面积为77.8m2/g,中孔率高达74.7%.作为电化学电容器电极材料,其在7mol/L的KOH电解液中比电容为12.9F/g,大电流性能优异,在200mV/s下的循环伏安曲线仍为矩形,交流阻抗谱的特征频率高达18.5Hz,体现出具有十分优异的倍率性能。     

茶籽壳质活性炭的制备及其电化学性能

以茶籽壳为原料,以K2CO3作为活化剂,制备了新型活性炭。用氮气吸脱附法对活性炭的孔结构进行了分析。以活性炭为电极材料,6mol/L KOH溶液为电解液组装成超级电容器,利用恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试方法研究其电化学性能。结果表明,活化后的茶籽壳炭,其比表面积高达1272m2/g,比电容高达150F/g,研究表明茶籽壳活性炭适用于超级电容器的电极活性材料。     

微波法煤基活性炭的制备及其电化学性能研究

以内蒙古优质褐煤为原料,KOH为活化剂,采用微波加热活化法制备超级电容器用活性炭,利用低温氮气吸附及恒流充放电、循环伏安等方法测定活性炭的孔结构及其用作电极材料的电化学性能,并与日本商业化超级电容器用活性炭在结构及性能方面进行对比分析。结果表明,在碱炭比为3,微波活化时间为20min的条件下,可制备出比表面积达2593m2/g、总孔容达1.685cm3/g、孔径主要分布在0.5～10nm之间、中孔率达67.3%、平均孔径为2.61nm的优质活性炭。该活性炭用作超级电容器电极材料在3mol/L KOH电解液中具有优异的电化学性能,电流密度由50mA/g提高到10A/g时,其比电容由346F/g降低到273F/g,显示出良好的功率特性,经1000次循环后,比电容保持率为93.2%。与商业活性炭相比,微波法活性炭的性能更加优良。