氮掺杂中孔炭正负极不对称电容行为研究

以三聚氰胺、苯酚和甲醛为前驱体,硅溶胶为模板剂,采用溶胶-凝胶与硬模板结合的方法,制备出一系列不同氮掺杂含量(0~11.9%)、相似孔结构的中孔炭材料,系统研究了氮掺杂含量对材料在H_2SO_4,KOH及Et_4NBF_4/PC电解液体系中的正负极不对称电容行为。结果表明,氮原子的掺杂明显提升了材料在不同电解液体系中的正负极电容性能,且当氮掺杂含量为8%时性能提升最为显著。在KOH电解液体系中,含氮官能团对负极电容贡献明显高于正极,容差最高可达57.9 F/g;在H_2SO_4电解液体系中,正负极电容容量较为对称;在Et_4NBF_4/PC电解液体系中,容量的提升主要作用在负极。氮掺杂中孔炭材料正负极不对称电容行为的研究,为优化正负电极活性物质的比例进而提高整个电容器的能量密度提供了研究基础。     

由煤沥青高效制备高性能超级电容器用多孔炭(英文)

在较低氢氧化钾用量的条件下,采用一步微波辅助KOH活化法由煤沥青成功制备出多孔炭材料。在KOH/沥青质量比为2∶1,采用30 min微波辅助KOH活化所得多孔炭(PC2-M)的比表面积达1 786 m2/g。在KOH、K2SO4、Na2SO4、Li2SO4水性电解液及四乙基四氟化硼酸铵盐/碳酸丙烯酯有机电解液中,研究了PC2-M电极的电化学性能。在6 mol/L KOH水性电解液中,在0.1 A/g的电流密度下,多孔炭电极的比容达267 F/g;在0.5 mol/L K2SO4中性电解液中,多孔炭电容器的能量密度高达12.0 Wh/kg,对应的功率密度为1 318 W/kg。因此,一步微波辅助氢氧化钾活化煤沥青是一种简单、高效且低能耗的制备超级电容器用高性能多孔炭的方法。     

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。     

基于煤萃取物的类石墨状多孔炭的制备及其电容性能研究

以褐煤萃取物为炭前驱体, MgO为阻隔剂, KOH为活化剂, 在800℃惰性气氛下制备出类石墨状多孔炭材料。对该多孔炭材料进行了红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和拉曼(Raman)表征。以活化前和活化后多孔炭为电极材料, 利用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗对其进行了电化学电容性能评价和比较。结果表明: 活化后炭材料呈现多孔的薄膜状, 比表面积高达1396 m²/g, 而活化前炭材料比表面积仅为138.4 m²/g。当电流密度为1 A/g和4 A/g时, 活化后炭材料比电容分别为533 F/g和390 F/g; 而活化前炭材料对应的比电容为366 F/g和198 F/g。在电流密度为5 A/g下循环8000圈后, 活化前后炭材料的电容保持率分别为72.5%和89.6%。可见, 经过KOH活化后的炭材料比电容和电化学稳定性有了显著提高。该研究证明阻隔剂和活化剂的使用, 能够获得高度柔性的高电容性能的类石墨状多孔炭。     

超级电容器用高性能石油焦基多孔炭的制备及改性（英文）

以石油炼制副产品石油焦为原料,采用KOH活化法制备高比面积多孔炭,通过氨水水热处理对多孔炭进行表面渗氮改性。系统考察了KOH/石油焦比例(碱/炭比)对多孔炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明多孔炭的比表面积、孔结构和电化学性能可以通过碱/炭比有效地调控。随着碱/炭比的增大,多孔炭的孔道逐渐增大,当碱炭比为3∶1时最大比表面积达到2 964 m~2·g~(-1)。当碱/炭比为5∶1时,多孔炭的比表面积和中孔率分别高达2 842 m~2·g~(-1)和67.0%,其在50 m A·g~(-1)电流密度下的比电容达到350 F·g~(-1)。氨水水热处理多孔炭,可以有效地在多孔炭表面引入氮原子,从而提高了多孔炭电极的电化学性能,尤其提高其在高电流密度下的比电容值。KOH活化以及氨水水热处理为制备高性能低成本石油焦基超级电容器电极材料提供了一种简单有效的方法。     

界面自组装构筑空心多孔石墨化炭球及其电化学性能（英文）

独特的空腔结构、丰富的比表面积以及良好的导电性使得空心多孔石墨化炭球在储能领域显示了巨大的应用潜力。通过单宁酸与铁离子的络合作用以及三草酸合铁酸钾的活化和石墨化作用,采用一步炭化法成功制备了空心多孔石墨化炭球,并研究了炭化温度对炭球结构形貌的影响。基于高比表面积、快速的离子扩散通道以及低电阻的石墨化结构,空心多孔石墨化炭球表现出优异的电化学性能。在电流密度为1 A g~(-1)时,比电容达到332.7 F g~(-1)。组装成对称超级电容器在1 mol L~(-1) Na_2SO_4电解液中,当功率密度为459.1 W kg~(-1)时,能量密度达到23.7 Wh kg~(-1),且经10 000次循环以后,电容量保持为92.1%。本研究不仅为构筑多孔石墨化炭球提供了一种方法简单、成本较低的无模板自组装法,而且为设计和优化炭球中离子和电子的传输提供了一定的参考价值。     

菱角壳基多孔炭的制备及其电化学电容特性研究

以菱角壳为前驱体,采用KOH化学活化法制备超级电容器用多孔炭,研究了不同碱炭比对多孔炭结构和电化学性能的影响。采用SEM、XRD、Raman、N_2吸脱附测试对多孔炭的微观结构进行表征,并利用循环伏安、恒流充放电、长循环、交流阻抗等方法考察其电容性能。结果表明,碱炭比为4时,多孔炭具有最高的比表面积(2 046.74 m~2/g)和最丰富的孔结构,以TEABF_4/PC为电解液组装成超级电容器,在0.1 A/g电流密度下,其比电容高达126.1 F/g,以0.5 A/g电流密度循环10 000次,其比电容仍保持92.6 F/g,展现出良好的电容性能。     

蒲公英基三维分级多孔炭的制备及电化学性能

以大连地区采集的新鲜蒲公英冠毛为碳源,通过清洗、活化、炭化过程制备了新颖的相互连通的三维分级多孔结构活性炭。采用热重分析仪、X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪和电化学工作站对其物理性质、微观结构和电化学性能进行了表征,研究了活化温度和活化剂配比对炭电极电化学性能的影响。结果表明,活化温度为800℃、活化剂配比为2∶1的炭电极性能最优,5 A/g电流密度下电极的比电容为163 F/g,循环10 000次电容无衰减,表现出极佳的稳定性。这可归因于其独特的三维互通的多孔网络结构,这种结构有利于电解液进入活性炭的内部空间,从而最大程度地增大了材料与电解液的接触面积,增大了双电层储存电荷密度,进而提升了活性炭的电化学性能。     

石墨质多孔炭的制备及其双离子电容储能机理

作为锂离子电池和超级电容器的结合，锂离子电容器由于兼备电池和电容器的优点而受到了广泛关注。然而因其正极双电层电容行为的储能机理，锂离子电容器的能量特性受到了较大的限制。因此，为了从根本上增强锂离子电容器正极材料性能，本研究提出了双离子电容器的储能机理。以柠檬酸钾/镁/铁为原料，合成了兼备石墨质结构与层次化多孔结构的石墨质多孔炭，并以其为正极材料，实现了兼具锂离子电容器正极离子吸附行为与双离子电池正极阴离子插层行为的双离子电容储能。由于石墨质多孔炭结构中石墨质结构在高电位下由阴离子插层反应贡献的额外平台容量以及对于材料导电性的增强，石墨质多孔炭正极材料的能量特性明显超过多孔炭及人造石墨正极，实现了从储能机理的层面的器件性能增强。     

胡萝卜基分级多孔炭材料的制备及电化学性能研究

以胡萝卜为炭源,采用KOH对胡萝卜炭进行活化,制备出具有高比电容的分级多孔炭材料。利用SEM、X射线衍射分析、低温氮气吸脱附等手段对制备的材料进行形貌及结构分析,结果表明,不同碱炭比会造成炭材料不同程度的结构变化,在碱炭比为2∶1时,所制备的炭材料孔隙结构分布最佳,比表面积高达3 111.45 m²/g,总孔容为1.51 m³/g。循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)等电化学测试表明,在最佳活化条件下制备的胡萝卜基多孔炭材料制成的电极在6 mol/L KOH电解液、0.5 A/g电流密度条件下比电容为486 F/g,表明材料具有良好的电容性能;当电流密度提升20倍时,电容量保留为原来的86%,表明材料具有良好的倍率性能;10 A/g电流密度下经8 000次循环后,电容保持率为97.3%,表明材料具有良好的稳定性。胡萝卜基多孔炭材料制成的电极片所组装的水系超级电容器器件能量密度可达14.67 Wh/kg,功率密度为1 000 W/kg。     

硝酸改性无灰煤基多孔炭电极材料的制备

以褐煤基无灰煤为原料,采用KOH活化法制备多孔炭材料(PC),通过不同浓度HNO_3对多孔炭进行氧化改性,利用N_2等温吸附、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对多孔炭进行表征,结合恒流充放电(GC)、循环伏安(CV)和交流阻抗的测试结果,考察浓度对多孔炭孔结构、表面性质以及电化学性能的影响。研究表明,随着HNO_3浓度的增加,多孔炭的比表面积逐渐降低,润湿性提高;用1%HNO_3改性的多孔炭N-5、C—O及O—C—O含量增加明显,在50mA/g的电流密度下,比电容可达273F/g,相比未改性的多孔炭,比电容量增长了22.4%;在5 000mA/g的电流密度下,比电容保持率能达到80.4%,且在1 000次循环后,比电容仍具有95.2%的保持率,具有良好的电化学性能。     

锂离子二次电池用涂炭石墨阳极

开发了一种新型涂炭天然石墨，由这种材料制备的锂离子电池阳极材料显示了卓越的电化学性能。通过应用该涂炭技术，使得PC基电解液的电池效率得到了明显改善。     

活化剂对氮掺杂多孔碳/硫复合正极材料电化学性能的影响

以葡萄糖为碳源、乙酰胺为氮源、氢氧化钾(KOH)为活化剂,通过水热碳化及烧结处理,制备了氮掺杂多孔碳材料,将其与硫进行复合得到多孔碳/硫复合正极材料,考察了不同质量活化剂对多孔碳材料比表面积、孔容孔径及多孔碳/硫复合正极材料电化学性能的影响。结果表明:多孔碳前驱体与活化剂质量比为1∶4时制备的多孔碳材料具有最大的比表面积和孔隙率,且该材料与硫复合得到的多孔碳/硫复合正极材料具有最优的电化学性能、较高的放电比容量和良好的循环性能。     

碳质材料对磷酸铁锂正极材料物理和电化学性能的影响

通过综述碳质材料对磷酸铁锂(LiFePO4)电极材料物理和电化学性能的影响,评述了碳质材料在不同LiFePO4/C复合电极材料中的作用及其优缺点.指出:炭膜的原位包覆和模板炭的引入,限制了LiFePO4晶粒的生长,进而提高了电极材料的电导率;而导电炭和石墨烯的引入,则是直接提高了电极材料的电导率;有机结合这两种碳质材料的复合方式将会极大改善电极材料的电化学性能.但是,为了提高电极材料的体积能量密度及其振实密度,应该最大限度地降低碳质材料在LiFePO4/C复合电极材料中的含量.     

KOH活化硅藻土模板炭及其电化学性能研究

以硅藻土为模板,糠醇为碳源,合成了模板炭材料,并用KOH活化制备多孔炭材料。利用XRD、拉曼光谱、SEM及N_2吸附对其结构进行表征,并对比研究了活化前后炭材料的电化学性能。结果表明:活化后模板炭的无序度增加,电化学性能有显著的提高。在1 A·g~(-1)的电流密度下,活化后的多孔炭比容量为45.0~69.2 F·g~(-1);在20 A·g~(-1)充放电时,比电容保持率仍可达45%以上。说明活化后的多孔炭材料具有良好的电化学性能,是较好的双层电容器电极材料。     

柚子皮基多孔炭的制备及其电容性能研究

利用水热浸渍法,以柚子皮为前驱体,在KOH活化作用下制备得到分级多孔炭电极(HPC)。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪表征了材料的形貌和结构。采用循环伏安、恒定电流充放电和交流阻抗测试了材料的电化学性能。结果表明:材料呈现出由大孔、微孔和中孔组成的多孔结构,当前驱体和KOH质量比在1∶9时,获得的HPC材料(HPC-9)的电化学性能最好。电化学测试表明,在5mV/s下,HPC-9质量比电容高达306F/g,是未活化样品的23.5倍。在10000次循环下HPC-9容量无衰减。因此,这种利用生物质制备的分级多孔炭具有优异的电容性能,可望有良好的应用前景。     

氧化煅前针状焦制备超级电容器用纳米多孔炭（英文）

经混酸HNO3/H2SO4氧化后,煅前针状焦(GNC)转化为两种中间体,根据中间体在水中的分散能力区分为水可分散部分和水不可分散部分。这两种中间体均可经KOH活化后制得纳米多孔炭材料。通过XPS、XRD、低温N2吸脱附和TEM表征表明,在相同的KOH用量下,所得纳米多孔炭的孔结构不同,主要是由于两种中间体在表面性质和微结构方面的差异所致。以6mol/L KOH为电解液,从水可分散中间体制得的多孔炭GNC-A10-3在40A/g下的质量比容量为248F/g,且倍率性能优异,C40/0.05为76%;而同样为3倍碱炭比时从水不可分散中间体制备的多孔炭GNC-R10-3在体积比电容上的电化学表现优于GNC-A10-3。     

纳米氧化镁模板法制备氮掺杂炭电极材料

六水氯化镁作为镁源,制备了粒径范围11~26nm的氧化镁,以纳米氧化镁为模板,将聚丙烯酰胺高温炭化,酸溶去模板,制备出高含氮量的多孔炭材料,并对材料进行XRD、SEM、孔径表征和电化学性能测试。结果显示,炭材料以层状为主,平均孔径为4.72nm,比表面积达1873m2/g;在1mol/L H2SO4电解液中,放电电流密度为1A/g时,电极材料的质量比电容达176F/g。     

Ni2CoS4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

采用水热法制备Ni_2CoS_4活性材料,通过物理过程和水热反应将其与氧化石墨烯(GO)、水热多孔氧化石墨烯(HHGO)复合得到Ni_2CoS_4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯(Ni_2CoS_4/RGO/HRGO)复合电极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安测试、恒流充放电测试和交流阻抗测试等,对复合材料的形貌结构、电化学性能进行了表征。研究结果表明:在1 A/g的电流密度下,其比电容为1 684 F/g,在5 A/g的电流密度下循环2 000次后,其比电容保持率为91.8%。Ni_2CoS_4/RGO/HRGO优良的电化学行为归因于这种复合结构使电解液对电极材料的润湿程度提高,进而提高了离子和电荷的传输速率,同时也缓解石墨烯、Ni_2CoS_4的团聚和循环过程中的体积变化。因此,Ni_2CoS_4/RGO/HRGO是一种有良好应用前景的高性能超级电容器电极材料。     

新型中空炭纳米球在水系中性电解液中的超电容特性

采用具有微孔壳层的新型单分散中空炭纳米球作为电极材料,利用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学测试方法,研究了中空炭纳米球在K2SO4、Li2SO4和Na2SO4等水系中性电解液中的超电容特性。结果表明,由于具有独特的微孔壳-球状中空腔纳米结构,该中空炭纳米球电极材料在这3种中性电解液中均表现出优异的倍率性能和高效的电化学活性表面,是一种有潜力的超级电容器用炭电极材料。