超级电容器用活性炭国产化关键化学与化工问题

超级电容器具有功率密度高、循环寿命长和安全可靠等优点,在电动汽车、轨道交通、新能源、电磁弹射和激光武器等领域已广泛应用。然而,作为超级电容器的关键电极材料——活性炭,始终未实现国产化,一直依赖从日本和韩国进口,极大地制约了国内超级电容器及其下游产业的发展。本文综述了超级电容器用活性炭的理化性能对其电化学性能的影响,介绍了国内外超级电容器用活性炭产业现状,指出了其生产过程中制约产品品质的典型传质和传热等化工问题。文章提出,应在现有活性炭基础上建立全面合理的超级电容器用活性炭指标体系,从而指导其国产化工艺开发。针对其生产工艺和装备开展仿真模拟研究,以解决国产炭材料批次稳定性和一致性的问题,保障超级电容器行业关键材料自主可控。     

石墨烯/酞菁铁复合材料的制备与吸波性能

采用酞菁铁（FePc）粉体和石墨烯（G）共研磨热压法制备了G/FePc复合材料,研究了G对FePc耐热性能和吸波性能的影响。采用SEM和XPS表征了G/FePc复合材料的表面形貌和G与FePc之间的相互作用,结果发现,FePc均匀地吸附于G片层表面,且固化后形成了层状结构,从而改善了G/FePc复合材料的耐热性能和吸波性能。进一步通过TGA和矢量网络分析方法研究了不同G添加量对G/FePc复合材料的耐热性能和电磁性能的影响,并对G/FePc复合材料不同厚度的吸波性能进行了模拟分析。结果表明,G/FePc复合材料的耐热性能和吸波性能均随着G含量的增加而提高,当G添加量为5%（质量比）时,G/FePc复合材料在1 000℃热解残留率达到62.2%,在3.5 mm厚度下最大反射损耗达到-30.50 dB,反射损耗小于-10 dB的带宽为1.38 GHz,具有优良的耐热性能和吸波性能。      

石墨烯改性聚丙烯腈基纳米炭纤维的制备及其性能

以氧化石墨为前驱体,采用真空热膨胀还原法获得了功能化的石墨烯材料。以石墨烯为纳米填料,采用静电纺丝法制备了一系列石墨烯改性聚丙烯腈(PAN)纳米复合纤维,经进一步预氧化和炭化得到纳米炭纤维。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、元素分析(EA)、热重(TGA)和差示扫描量热仪(DSC)研究了石墨烯对纳米炭纤维的宏观性能与微观结构的影响。结果表明,加入石墨烯后,PAN纳米纤维中分子取向变大,结晶度下降。对氧化、环化和脱氢反应可产生一定的抑制作用,导致预氧化反应程度下降。同时,石墨烯可作为炭化阶段微晶生长的晶核,有利于碳网平面的快速生长。     

石墨烯改性聚丙烯腈基多孔炭用于高倍率性能超级电容器（英文）

作为一种富氮碳源,聚丙烯腈历来被作为生产炭材料的重要原料。但是聚丙烯腈直接炭化会导致其烧结不利于后续深度活化。通过干法球磨石墨烯和聚丙烯腈复合原料,结合稳定化和KOH活化,制备了杂化多孔炭,并系统研究了石墨烯和聚丙烯腈配比及后活化处理对杂化多孔炭性能的影响。结果表明：石墨烯的存在有利于高能球磨过程中热量地快速扩散,有效避免了聚丙烯腈的烧结;而聚丙烯腈进一步抑制了石墨烯片层的团聚,使石墨烯/聚丙烯腈复合前驱体呈现蓬松的粉体结构,利于碱的深度活化。同时,石墨烯在多孔炭结构中形成的三维柔性导电网络便于电荷地快速转移。由于其发达的孔、大的比表面积、优异的导电性以及氮/氧杂原子诱导的赝电容,所制备的杂化多孔炭用作超级电容器电极材料时,在水系和有机系电解液中均表现出了优异的电化学性能。尤其是,优化的HPC-4复合炭材料用作超级电容器的电极时,在1 mol/L四乙基四氟硼酸铵有机电解液中,当功率密度为337.5 W/kg时,能量密度可达30.38 W?h/kg。该工作为面向高功率兼高能量超级电容器电极材料的开发提供了一种简易且高效的制备策略。     

氧化石墨烯-酚醛树脂薄膜的制备及性能研究

采用化学分散法大量制备氧化石墨烯,并采用直接共混法制备氧化石墨烯/酚醛树脂纳米复合材料.通过AFM、SEM、FT-IR、TG等对其进行表征,结果表明,氧化石墨烯完全剥离,并在基体中分散均匀,而且两者界面相容性好,提高了复合材料的热稳定性.通过高温热处理使复合材料薄膜在兼顾形貌的同时实现导电,当氧化石墨烯含量为2%(质量分数)时,其导电率为96.23S/cm.     

热膨胀石墨烯表面化学镀纳米镍

以热膨胀还原所制石墨烯为载体,采用超声辅助-化学镀法制得石墨烯担载Ni纳米复合材料。利用X射线衍射仪和透射电子显微镜和能谱仪分析其微观结构及元素组成,研究其化学镀镍的反应机理。结果表明,随施镀时间的延长,Ni纳米颗粒以Pd为自催化活性中心,逐步附着在石墨烯表面上,并随Pd纳米颗粒的分布情况而富集在石墨烯边缘及皱褶区域;Sn纳米颗粒对化学镀镍贡献较小,以致化学镀镍后仍有部分残留。可见,在石墨烯表面进行化学镀镍时,Pd对Ni纳米颗粒的生长成核起定位和催化作用。     

石墨烯担载SnO2纳米复合材料的电化学性能研究

以热膨胀还原石墨烯为载体,采用超声辅助浸渍法制得一系列石墨烯担载SnO2纳米复合材料。利用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析其微观结构,同时使用循环伏安法研究其相应电化学行为。结果表明:随浸渍时间延长,SnO2逐步占据石墨烯表面原有活性位(如含氧官能团和晶格缺陷),使其担载密度显著提高。但SnO2纳米颗粒对复合体系的赝电容贡献较小,同时其对石墨烯活性位具有掩蔽作用,反而导致石墨烯电容性能逐步下降。可见,石墨烯表面活性位对热膨胀石墨烯的电容性能起重要作用。     

功能化石墨烯片的表面性能调控

以氧化石墨为前驱体,采用真空辅助热膨胀法在低温下即获得功能化石墨烯片。将所得石墨烯在不同温度下热处理,制备了表面化学结构不同的石墨烯片,并用透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱等方法对样品进行分析表征。结果表明,还原氧化石墨烯片中含氧官能团的种类和数量均随热还原温度的升高而减小。     

石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能北大核心CSCD

使用层间喷涂法制备了石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)复合材料,对材料微观形态、力学性能、热学以及电学性能进行了分析。结果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使复合材料的层间剪切强度(ILSS)从57.3 MPa增加到77.6 MPa,弯曲强度和弯曲模量分别从1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示扫描量热结果证明少量石墨烯的加入能够提高复合材料基体的结晶度。同时复合材料的热导率和电导率也随着石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,复合材料的热导率和电导率与未加入石墨烯相比分别增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK复合材料与CF/PEEK相比具有更优良的综合性能。     

石墨烯/去离子水纳米流体振荡热管传热性能

通过实验研究石墨烯（GNP）纳米流体振荡热管的传热性能,质量分数分别为0.01%、0.05%、0.08%和0.10%,充液率为45%~90%,加热功率为10~100 W。结果表明,充液率为45%时,GNP纳米流体可以缓解烧干;充液率为55%~70%,质量分数为0.01%具有较为明显的传热优势,其热阻最高可降低83.33%。GNP纳米流体改善PHP传热性能的原因主要是其热导率较高,表面润湿性能较好。