活性炭表面改性对双电层电容器电化学性能的影响

通过氢气还原改性和浓硝酸氧化处理对石油焦基活性炭(ACs)进行改性.采用氮气吸附和脱附等温线计算改性ACs的BET比表面积、 DFT孔径分布及孔容,以XPS方法表征改性ACs的表面含氧官能团种类及含量,改性ACs的电化学性能通过直流循环充放电、循环伏安等表征.结果表明:浓硝酸处理后,ACs比表面积和孔容均稍有减少,表面含氧官能团和比电容明显增加,内阻和自放电显著增大;氢气改性后,ACs比表面积和孔容亦稍有减少,孔径分布的变化使比电容明显增加,氧化官能团的减少降低了内阻并减少了自放电.即,氢气改性ACs的电化学性能明显提高,增加了比电容,降低了内阻和自放电.     

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。     

中间相沥青基活性炭的微观结构对电化学性能的影响

以中间相沥青(Mesophase pitch,MP)为前驱体、KOH作为活化剂,分别采用直接活化法、预炭化活化法制备出活性炭(Activated carbons,ACs).采用N2吸附法对所制ACs的比表面积、孔径分布进行分析.将所制ACs应用于电化学电容器电极材料,进行恒流充放电、循环伏安电化学分析.结果表明:电极的电化学性能不仅受活性炭比表面积、孔结构的影响,也与活性炭的微观形貌有关.其中预炭化活化法ACs颗粒具有片层结构,更有利于炭电极与电解液的浸润,提高微孔比表面积对比电容的贡献.     

电化学氧化改性石墨毡电极对VO2+/VO+2电对的催化活性

采用循环伏安和恒流充放电试验研究了电化学氧化改性石墨毡对VO2 /VO 2电对的催化活性,并利用XPS、FT-IR、SEM、BET对改性前后石墨毡碳纤维表面O/C、官能团变化、形貌和比表面积进行比较.结果表明,电化学处理后,石墨毡表面的O/C比例由0.085增加至0.15,增加的主要是COOH官能团.石墨毡碳纤维表面被刻蚀,比表面积有所增大.采用改性的石墨毡作为电极组装的全钒液流电池在50mA/cm2电流密度下,电压效率达75.99%,电流效率达96.79%,经多次循环性能稳定.电极活性的提高归因于碳纤维表面COOH官能团数目的增加和比表面积的增大.     

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。     

中空氮掺杂沥青基活性炭纤维的结构调控与电化学性能

以聚乙烯亚胺(PEI)为氮源与乙烯焦油沥青进行复合制备了可纺沥青,通过熔融纺丝、预氧化、炭化和活化制得了具备中空结构的富氮沥青基活性炭纤维(ACF)。利用N2吸附与脱附等温线、XPS、SEM、Mapping等分析技术对所制得的ACF的表面形貌、孔隙结构及表面化学性质进行了表征,并测试了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。研究结果表明,PEI在纺丝沥青中的掺入可明显提升ACF的比表面积,改善其孔径分布,增加其表面含氮官能团,从而改善材料表面润湿性,同时PEI在炭化过程中的热分解促使了纤维中空结构的形成,所制得ACF具有中空结构,提高了材料的有效比表面积,进而显著提高其比电容。PEI的掺入量为20%时,合成的可纺沥青所制备的ACF的比表面积高达2 756 m~2/g,孔径主要分布在0. 7～2 nm,其比电容在电流密度为0. 5 A/g时可达314 F/g,远高于未进行氮掺杂的ACF的比电容(194 F/g),显示出较好的电化学性能。     

热膨胀制备含氧官能团化的石墨烯及其电化学电容性能

在空气气氛、150℃的条件下直接热处理氧化石墨获得含氧官能团化的石墨烯。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电镜(TEM)对其结构和形貌进行表征。利用循环伏安(CV)、恒流充放电技术对其电化学性能进行测试。结果表明,所制备的含氧官能团化的石墨烯表现出优良的电容性能,其单电极比电容值高达275F/g,且具有良好的倍率特性和循环性能。     

竹基活性炭表面改性及电化学性能研究

通过磷酸-二氧化碳活化法将毛竹废料制备成活性炭,再以HNO3、HCl、H2SO4为改性剂,对自制活性炭进行表面改性,并在CO2气氛中进行二次扩孔,制成以KOH为电解液的双电层电容器炭电极。采用低温N2吸附法和X射线光电子能谱仪对样品孔结构和表面性质进行表征,结果表明:经酸改性处理后的活性炭样品孔径分布总体差异不大,但比表面积和总孔容下降,活性炭表面性质发生较大变化。采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗法考察了活性炭电极的电化学性能。结果表明,改性后活性炭电极比电容增大,其中以硝酸改性效果为最佳。酸改性后内阻均有所下降,说明改性后的活性炭亲水性提高,从而降低离子扩散阻力。     

表面处理对碳纤维及其复合材料性能的影响

用去离子水超声、浓硝酸浸泡、浓硝酸超声等对碳纤维进行表面处理,研究了表面处理对碳纤维的微结构、表面化学组成、相结构、复丝拉伸强度、以及改性碳纤维增强环氧树脂复合材料的结构和力学性能的影响。结果表明:硝酸氧化和超声处理对碳纤维表面进行了有效改性,其中硝酸处理使碳纤维表面粗糙度和含氧官能团数量显著增大,超声处理使碳纤维获得良好的分散性并使碳纤维比表面积和含氧官能团增加。硝酸氧化与超声空化相结合强化了碳纤维表面的氧化和刻蚀作用,从而增强了碳纤维与树脂基体界面之间的"机械锚定"和化学键合作用,使碳纤维与树脂之间的界面结合强度得以有效提高,从而显著提高了复合材料的力学性能。     

改性活性炭对SO2和NOx的吸附性能研究

分别采用Cu(NO₃)₂、H₂O₂和KMnO₄对椰壳活性炭进行改性，研究了活性炭微观结构、表面化学性质变化，及其对SO₂、NO_x等酸性腐蚀性气氛的吸附性能。结果表明，Cu(NO₃)₂改性活性炭比表面积显著降低，平均孔径有所下降，Cu(NO₃)₂微晶分布于活性炭表面及微观孔道内，表面以碳、铜、氧和氮元素为主。H₂O₂改性活性炭比表面积有所增加，平均孔径减小，H₂O₂与活性炭表层反应后起到刻蚀效应，引入丰富的微纳孔道结构，使其表面含氧官能团增加，氧元素含量提升。KMnO₄改性活性炭比表面积和平均孔径略微降低，KMnO₄与活性炭表层反应后含氧官能团增加，反应产物附着于活性炭表面，改变其微观结构。三种方式改性的活性炭对SO     

改性乙炔黑对锂硫电池电化学性能的影响

采用浓硝酸蒸汽改性乙炔黑(H-AB)表面,再将其与升华硫(S)通过热处理法复合制备S/H-AB复合材料。X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附仪测试结果表明,经过浓硝酸蒸汽改性后,乙炔黑不仅在表面引入羧基官能团,且孔径和比表面积均增大,硫均匀地包覆于乙炔黑表面及内部。电化学测试结果表明,通过在H-AB纳米微粒表面引入羧基强亲水性官能团,固定单质硫及多硫化锂,有效减少穿梭效应的发生,同时减小了活性物质与电解液的接触阻抗,改善硫电极的循环稳定性,提高活性物质硫的利用率。S/H-AB复合正极的放电比容量和循环性能明显优于S/AB,经过100周循环后,其放电比容量仍保持为563 m Ah·g~(-1),远高于未经改性乙炔黑S/AB复合正极的放电比容量(406. 9 m Ah·g~(-1))。     

稻壳基活性炭的热处理改性及其电化学性能（英文）

稻壳基活性炭是一种具有多级孔道结构的电极材料,可以用于水系或有机电解液体系超级电容器,具有优良的比电容和功率特性。然而稻壳基活性炭用于超级电容器会出现严重的自放电问题。本文提出了一种简单的热处理稻壳基活性炭的改性方法,能够提高活性炭电极材料的电容值,并降低其自放电速率。在保持原有的多级孔结构基础上,增加了活性炭的介孔比例,减少了表面含氧官能团。改性前后的稻壳基活性炭材料组装的双电层超级电容器在0.5 A g~(-1)的电流密度下,质量比电容分别为116 F g~(-1)和147 F g~(-1),24 h自放电电压保持分别为75.2%和84.5%;在1.0 A g~(-1)条件下10 000圈恒流充放电循环后,电容保持率分别为85%和92%。     

高性能炭电极材料的制备和电化学性能研究

以胡桃壳为前躯体,采用ZnCl2化学活化法制备炭电极材料,研究了活化剂与果壳的不同混合质量比例对炭材料性质的影响,用氮气吸附和傅立叶红外表征活性炭材料的比表面积、孔结构和表面性质,结果表明:活性炭材料表面存在着含氧官能团,为一种高微孔无定形炭材料;以制备的活性炭为电极材料,KOH为电解液构成超级电容器,采用循环伏安、恒流充放电等电化学方法研究了其电化学性能,结果表明:制备的活性炭电极材料表现出理想的电化学电容行为,比电容高达271.0F/g,漏电流和等效串联电阻分别只有0.25mA和0.39Ω,稳定性很高,循环充放电5000次后,电容量仍保持88%以上.     

煤沥青基中孔活性炭的硝酸表面氧化改性研究

采用印刻法制得煤沥青基中孔活性炭,并以硝酸为氧化剂对其进行了表面氧化改性,考察了硝酸浓度、氧化温度和氧化时间对活性炭孔隙结构和表面化学性质的影响。结果表明,活性炭的孔隙结构和表面含氧基团的浓度随氧化改性条件的变化而改变。在硝酸体积分数65%、氧化温度60℃、反应时间3h的最佳条件下,活性炭的平均孔径基本没有变化,比表面积和表面含氧基团的浓度大幅提高,活性炭的中孔率和收率也达到最大值。然而,过度的氧化改性导致了活性炭孔壁的严重坍塌,比表面积和表面含氧基团的浓度明显下降。     

石油焦基活性炭电极电容特性研究

用石油焦作原料,KOH为活化剂,在不同活化条件下制备系列不同比表面积的活性炭。用直流恒流循环实验考察活性炭电极的电化学性能。实验发现,石油焦基活性炭随着活性炭比表面积的增加,活性炭比电容逐渐增大;活性炭孔结构分布相同,随比表面积的增加,比电容线性增加,比表面积利用率降低。活性炭孔结构对比电容有较大的影响,30％KOH电解液可以进入活性炭中大于0.6nm的微孔,孔径越大,其比表面积利用率越高。     

XPS,AFM研究沥青基碳纤维电化学表面处理过程的机制

对各向同性沥青基碳纤维进行电化学氧化表面处理,用XPS,AFM分析了碳纤维表面含氧官能团和表面微观形貌的变化过程。实验结果表明:电化学氧化处理是表面碳及其含氧官能团逐步被氧化成羧基和CO₂的过程。氧化处理首先是使碳纤维表面变得更光滑,持续氧化后才会出现沟槽,SEM的分辨率不足以表征碳纤维电化学氧化前后的表面形貌变化,而采用AFM可在纳米尺度上表征碳纤维在电化学氧化过程中的表面形貌变化。AFM和XPS的结合可表征碳纤维电化学氧化表面处理的进程。     

高性能活性炭电极材料在双电层电容器中的应用

以椰壳为原料，ZnCl2为活化剂，用同步物理-化学活化法制备活性炭。所得的炭样品用氮吸附法表征，并根据77K时的吸附-脱附等温线计算了它们的比表面和孔结构参数。用恒流充放电和循环伏安法研究了由活性炭电极与KOH电解质构成的双电层电容器的性能。结果显示，在5mA时放电，活性炭比电容最高达到360F／g：在大电流50mA时，比容量仍超过200F／g。同时分析研究了炭材料比表面积和孔径对电化学性能的影响，发现比表面积与比电容关联性不明显；而孔径大小对炭材料的比电容影响很大。在小电流放电时，中孔炭表面对比电容的贡献明显大于微孔炭表面；随着放电电流的增加，由中孔炭表面构成的双电层电容下降显著，而微孔炭表面的双电层电容下降幅度较小。在大电流放电时，孔径在1．5nm-2nm的较大微孔对储存电能起主要作用。     

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。     

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。     

氧官能团对活性炭超级电容器电容性能的影响（英文）

活性炭作为一种电极材料广泛应用于商业超级电容器中。炭材料表面的氧官能团是影响超级电容器电容性能的重要因素之一。通过(NH_4)_2S_2O_8温和的氧化过程在活性炭上引入氧官能团,并在不同温度下热处理样品来进一步除去氧官能团,同时又保留了活性炭原始的孔结构。结果表明,在水系电解液中,含氧官能团,特别是羧基和羰基,不仅加强了电解液在电极中的扩散,而且通过引入赝电容来提高电容。在300℃惰性气氛热处理后可以增加电极材料的电容和倍率性能。然而,不适量的氧官能团会堵塞活性炭的孔,导致其电化学性能差。在有机电解液中,含氧官能团会降低电极材料的电容,但在700℃惰性气氛热处理后可以有效提升材料的电容。研究结果揭示了氧官能团与电化学性能之间的关系,对于设计实际应用中的高性能超级电容器至关重要。