离子液体在中孔炭中的电化学性能研究

对以离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)做电解液,热固性酚醛树脂为前驱体添加纳米硅颗粒制备的中孔炭做电极构成的电化学双电层电容器的电化学行为进行了探讨.循环伏安和恒流充放电测试结果表明,离子液体在中孔炭中表现为优秀的电化学行为,大电流充放电时具有良好的电容特性,其比电容在1mA/cm2时为120F/g,充放电效率达92%,表明中孔炭非常适合离子液体电解液.     

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。     

基于硫酸为电解液的超级电容器木基活性炭电极材料的制备（英文）

以NaOH为活化剂,采用两步热化学过程制备出木基活性炭。将所制活性炭用作以硫酸为电解液的超级电容器电极材料。探讨了合成条件对活性炭孔结构和电化学性能。结果表明,在微孔中形成双电层电容,介孔和大孔则实现离子运输。在高的活化温度或高碱炭比下,材料被过度活化,导致高的介孔、大孔孔容,这增加了电解液的吸收,从而降低质量比电容。最佳的活性炭合成条件为,活化温度:600℃,碱炭比:1.25。     

柠檬酸盐为碳前驱体制备介孔炭及其在电化学电容器中的应用(英文)

热解柠檬酸镁或柠檬酸钡,制备了两种介孔炭(MgC或BaC),并将其用作双电层电容器电极材料。采用氮气吸附、扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱对所制介孔炭进行表征。结果表明:所制介孔炭孔结构与柠檬酸盐所含金属阳离子有关。其中,BaC呈典型的双峰孔径分布,最可几孔径分别为3.8nm和15nm;而MgC的孔道主要是小尺寸的介孔或微孔。通过循环伏安、恒流充放电法测试所制介孔炭作为电化学电容器电极材料时的电化学性质。测试表明,在离子液体中MgC和BaC都具有很高的比电容值,分别达到180F.g-1和171F.g-1。其中,BaC的倍率性能良好,能量密度可达到53.3Wh.kg-1,最大功率密度为20kW.kg-1。BaC优良的电容特性主要归因于其孔径双峰分布的孔结构和亲水性表面化学性质。     

α-Fe2O3/炭纳米纤维电极材料的制备及其电化学性能分析

采用电沉积技术将α-Fe₂O₃均匀负载在静电纺丝炭纳米纤维上，制备α-Fe₂O₃/炭纳米纤维复合材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及物理吸附对复合材料进行形貌和结构分析，并通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗技术考察其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明：α-Fe₂O₃/炭纳米纤维(α-Fe₂O₃/CNF-3)复合材料相比单纯炭纳米纤维(CNF)有着更丰富的介孔结构，有利于离子和电子的低电阻传输。同时，α-Fe₂O₃/CNF-3复合电极材料结合了双电层电容和赝电容的优良性能，在电流密度为1A/g下，电解液为6mol/L KOH时，其比电容值可达330.1F/g,是炭纳米纤维电极的3.76倍，并且经过8000次循环后仍能保持91.45%,具有较好的稳定性。     

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。     

硝酸氧化改性SBA-15 模板合成的中孔炭电容性能研究

采用有序中孔氧化硅SBA-15为模板，合成了具有高效能量存储的超级电容器电极材料——有序中孔炭材料；以硝酸为氧化剂，分别在26℃、50℃、70℃和100℃下对中孔炭进行了表面官能化处理。结合氮气等温吸附、X射线光电子能谱和热分析方法研究了氧化前后中孔炭孔结构和表面官能团的演化。结果表明：随着氧化温度的升高，比表面积和中孔含量减少，而表面官能团含量增加。电化学测试显示：原始中孔炭的能量密度为3．5Wh／kg，100℃氧化的中孔炭具有最高的能量密度（5．7Wh／kg）。表明硝酸官能化处理可将中孔炭材料应用范围拓展到高能量密度领域。同时初始中孔炭的功率密度为2015W／kg，70℃氧化的中孔炭具有最高的功率密度（3125W／kg）。研究表明能量密度的改善得益于表面官能化对双电层电荷密度的提高和引入了法拉第赝电容反应；而功率密度的提高来自亲水性的官能化炭表面所具有的低离子扩散阻力。     

己二酸/酚醛树脂共聚炭化制备多孔炭材料及其电性能研究

以酚醛树脂(PF)为炭前驱体, 己二酸(DA)为致孔链段, 利用聚合物共聚炭化法制备双电层电容器用多孔炭材料. 通过红外和热重分析证实己二酸与酚醛树脂发生了化学反应, DA以链段或支链的形式存在于酚醛树脂固化体系中, 并在后续炭化过程中热解逸出. 氮气吸附分析表明酚醛树脂固化体系中的DA起到了一定的造孔作用, 随着DA加入量增加, 多孔炭比表面积先增大后减小, 当w(PF)/w(DA)=3:1时所得多孔炭的比表面积为550 cm²/g, 孔容为0.27 cm³/g. 采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定以上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能, 结果表明: w(PF)/w(DA)=3:1时制得的多孔炭电极在30% KOH电解液中比电容为145 F/g, 电流密度增大50倍, 比电容保持率达到70 %.     

大孔-介孔分级孔结构炭材料制备及性能研究

以聚苯乙烯微球以及F127嵌段共聚物自组装结构为模板,酚醛树脂低聚物为碳前驱体,双模板法合成了大孔-介孔分级孔结构的炭材料.对样品进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和氮吸附-脱附测试,并研究了样品的电化学性能.结果表明,利用这种简便的合成方法可以得到具有三维连通大孔以及二维有序介孔结构的分级孔结构炭材料,大孔尺寸在1μm左右,介孔孔径集中分布在5nm,比表面积为353.8m2/g,孔容0.36cm3/g.利用三电极体系测试了产品作为电化学双电层电容器电极材料的性能,在50mA/g的电流密度下,放电质量比电容为40F/g.     

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.     

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。     

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.     

碘化钾调控孔结构的石墨烯及其电化学电容器应用

较低的体积能量密度限制了当前电化学电容器的应用，而提高体积能量密度的关键在于发展具有致密化储能特性的多孔炭材料。目前，毛细致密化已成为平衡多孔炭密度和孔隙率从而提高材料体积比电容的主要方法，但仍在孔结构的精细调控方面存在不足，制约了毛细致密化多孔炭与高电压离子液体的兼容性。本文提出了碘化钾(KI)辅助的毛细致密化策略，通过在石墨烯网络中预载KI来控制毛细致密化过程，实现了对孔结构的有效调控。同时电化学性能表征结果表明KI具有增加离子到达表面积和提供赝电容的作用。基于此，所制碘化钾/石墨烯材料的密度达到0.96 g cm-3，在离子液体中的体积比电容为115Fcm^-3。由该材料所组装的电化学电容器可以提供19.6WhL^-1的体积能量密度。     

离子液体中脉冲电镀铝

为了提高离子液体体系中镀铝层的致密性、均匀性和金属光泽度,配制了尿素-NaBr-KBr-甲酰胺-AlCl3低温离子液体,在铜基体上电镀铝。采用SEM、XRD等手段对镀铝层的形貌及晶型结构进行表征,考察了电流密度、电镀时间、温度及供电形式等对电镀铝的影响。结果表明:尿素-NaBr-KBr-甲酰胺-AlCl3离子液体的电导率随温度的升高而升高;脉冲电镀铝层性能优于直流电镀铝层;在电流密度50 mA/cm2,温度70℃,时间45 min条件下,利用数控脉冲电镀电源(ton=2 ms,toff=8 ms)在该离子液体中进行脉冲电镀,所得镀铝层结合力较好且镀层光亮、致密均匀、电结晶较好、纯度高,单质铝优先沿(200)晶面生长。     

有序介孔炭材料表面电活性氧基团的构造及其超级电容器性能

以酚醛树脂为前体,表面活性剂F127为软模板,通过蒸发诱导自组装法制备了有序介孔聚合物,将其水热负载氢氧化镁并在高温下进行碳化得到具有有序介孔结构和丰富活性氧基团的有序介孔炭材料。系统研究了水热浸渍温度对所得材料表面积、孔体积及超级电容器性能的影响。结果表明:随着温度的升高,氢氧化镁负载量升高,但其表面积下降,最佳的水热浸渍温度为150℃,在该温度下水热浸渍的氢氧化镁的负载质量为3.3%,所得材料的表面积为326m~2/g,其作为电极用于超级电容器的容量为212F/g。     

二氧化锰基超级电容器的电荷储能机理研究进展

碳基材料(如碳纳米管、石墨烯和介孔碳)是典型的电化学双电层超级电容器电极材料.虽然碳基材料表现出优异的电化学稳定性能,但其比电容较低.因此,常用赝电容材料与其复合.赝电容材料中,二氧化锰(MnO2)因理论比电容高、价格低、储量丰富和环境友好等特点,被广泛应用于超级电容器中.然而,MnO2导电性能差、在循环充放电过程中相...     

由柠檬酸钡制备介孔碳的电化电容特性研究

以柠檬酸钡为原料,采用直接炭化法制备介孔炭电极材料。N2吸附测试表明,所制备的碳材料为典型的介孔材料,材料的比表面积、总孔容、介孔孔容和平均孔径随着碳化温度的升高而增加。电化学测试表明,以柠檬酸钡为原料700和800℃碳化所制备介孔碳的电化学电容性能优于由硬模板制备的介孔碳OMC。BaC-700和BaC-800在较高的输出功率下仍能保持较高的能量密度,这说明它们的介孔表面在高功率输出时能够得到较充分的利用,相信这类介孔碳在对能量密度和功率密度都有较高要求的场合,具有良好的应用前景。     

菠菜叶基分级孔活性炭作对称超级电容器电极材料(英文)

采用KOH活化高温裂解的菠菜叶,制得分级孔活性炭。低温氮气吸脱附表明利用KOH活化所制活性炭材料含有微孔、介孔和大孔,且比表面积高达2616m2/g。FE-SEM和FTIR表明,分级孔活性炭呈颗粒状,且表面含有富氧官能团。采用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)等测试技术,对分级孔活性炭进行电化学性能表征。在三电极测试体系中,分级孔活性炭在CV曲线中呈现良好矩形特征的双电层电容行为;在充放电电流密度为1A/g下,其比电容值为238 F/g。利用该分级孔活性炭所组装的水系对称双电层电容器,其电压可达到1.2 V,同时具有可观的能量密度,较高的放电倍率及良好的电化学充放电稳定性。     

模板法中孔炭及其双电层电容性能(英文)

以乙酸镁和柠檬酸镁热解得到的MgO为模板,热塑性沥青为碳前驱体,采用程序升温一步炭化法(950℃,N2)制备了高比表面积中孔炭材料。尽管未进行活化,两种模板前驱体与沥青混合所制中孔炭材料均可获得非常高的比表面积。以这两种中孔炭作为双电层电容器的电极材料,在质量分数为30%的KOH电解液中测试其电化学性能。结果表明:这两种中孔炭电极均可得到较高的比电容量和理想的功率特性,尤其是柠檬酸镁作前驱体时,MgO与沥青质量比为4时得到的炭材料(MCP8/2)在20mA.g-1的电流密度下得到284F.g-1的比电容量,且在1000mA.g-1时仍能得到236F.g-1的比电容。交流阻抗测试表明:组装的双电层电容器的内部阻抗均小于3.5Ω。     

预氧化对中间相沥青泡沫炭结构和性能的影响机制研究

研究了预氧化对萘系中间相沥青的表面化学性质、族组成分布以及对泡沫炭的发泡条件、泡孔形成、孔结构及微结构的影响机制.当中间相沥青经210℃预氧化2h后,其喹啉不溶物含量增加32.3%,族组成分布变窄.在600℃/3MPa发泡条件下,所制石墨化泡沫炭的平均孔径、压缩强度分别为200μm、2.8MPa.