玉米芯活性炭的制备及其电化学性能研究

以玉米芯为原料,采用KOH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、交流阻抗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。研究了脱灰对玉米芯活性炭孔结构及其电化学性能的影响。结果表明,在碱炭比3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下,可以制备出比表面积为2019m2/g、总孔容为1.084cm3/g、中孔率为15.6%的高比表面积活性炭。玉米芯经脱灰处理可以显著改善其所制活性炭的孔隙发达程度和中孔分布,脱灰玉米芯活性炭的比表面积、总孔容及中孔率分别可达2311 m2/g、1.246cm3/g和26.0%。玉米芯活性炭电极材料在3mol/L KOH的电解液中具有良好的电化学性能,其比电容量可达253F/g。脱灰玉米芯活性炭电极的比电容量更高(可达278F/g),比电容提高9.9%,且内阻更小。     

柚子皮基层次孔炭的制备及电化学性能

以柚子皮水热炭为前驱体,KOH为活化剂,800℃活化制备层次孔炭电极材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附法对活性炭的表面形貌和孔结构进行了表征,并评价了其在无机电解液体系(3mol/L KOH)中的电化学性能。结果表明,碱碳比为1∶1时制备的活性炭呈蜂窝状结构,其比表面积、总孔容分别达到1421 m2/g和0.7626cm3/g,相应的电极材料具有典型的双电层电容特性,质量比电容和体积比电容分别达到226F/g和250F/cm3(电极片密度为1.1g/cm3),1000次循环之后电容保持率达到91.45%。与柚子皮直接活化制备的电极材料相比,质量比电容和体积比电容分别增加了31.40%和37.36%。     

掺锰活性炭的制备及其电化学性能

分别采用催化法和物理法制得含锰氧化物的中孔活性炭(AC-Mn)和普通活性炭(AC),表征了活性炭的孔容、孔径分布、碘值和亚甲兰值等主要结构、性能指标,并对以这两种活性炭为原料制得的电极进行循环伏安、定电流充放电和交流阻抗测定.结果表明:AC-Mn的收率和碘值分别比AC降低了28.9%和12.4%,但业甲兰吸附值提高了19.8%.AC-Mn的中孔率显著提高,其中3.4nm-4.2nm的中孔增长率最大.AC-Mn电极比电容达93.8F/g.比末负载金属Mn的AC电极高近140%,显示出相对较高的能量密度和良好的准电容特性.     

硼掺杂中孔炭的制备及其电化学性能

以含硼酚醛树脂为碳前驱体,通过溶剂挥发诱导自组装制备了含硼中孔炭.利用低温氮气吸脱附、小角X射线散射、透射电镜等分析手段对中孔炭样品进行了结构表征,并采用三电极体系对中孔炭样品进行了电化学性能测试.讨论了硼掺杂量对中孔炭的孔结构及电化学性能的影响.结果表明:随硼含量增加,中孔炭孔径缩小且有序度降低.硼质量分数为0.3%时,中孔炭在电流密度为75mA·g-1下的单位面积比电容达到0.51 F·m-2,是未掺杂样品的1.9倍,并且仍能够保持有序的孔道结构.     

AC/MnO2/CNTs三元电极材料的制备及其电化学性能研究

以硫酸锰(MnSO_4)和高锰酸钾(KMnO_4)为反应物,以碳纳米管(CNTs)为载体,通过液相合成法制备纳米MnO_2/CNTs复合材料,将其按一定比例与活性炭均匀复合制备AC/MnO_2/CNTs三元复合电极并组装成电容器。采用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对复合材料成分、晶型、形貌进行表征,并通过恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试研究AC/MnO_2/CNTs复合电容器电化学性能。结果表明:复合电容器在1mol/L(NH_4)_2SO_4电解液中具有良好的充放电可逆性,其比电容随MnO_2含量增加呈现先增大后减小的趋势,当MnO_2/CNTs含量为30%时,电容值达到最高,为528F/g。     

改性石墨烯的制备及电化学性能研究

利用改进的Hummers方法制备了氧化石墨烯,通过原位化学还原与水热法分别合成镀镍石墨烯与氮掺杂石墨烯材料。通过扫描电镜、透射电镜、红外光谱、XRD等测试方法对样品的形貌结构进行表征,用CHI760电化学工作站研究了样品的电化学性能,两种材料均显示出良好的电化学活性。镀镍石墨烯在较低电压即可对醇进行催化氧化;尿素和氨水都能对氧化石墨烯进行有效地还原并对其完成氮掺杂,以尿素为氮源的掺杂石墨烯显示出较高的CCV比电容和良好的稳定性,而以氨水为氮源的氮掺杂石墨烯具有优良的CGCD电容性能。     

废茶叶基活性炭的制备及其电化学性能研究

以废茶叶的炭化料为前驱体,KOH为活化剂(碱炭比1∶1、2∶1、3∶1),在800℃下活化1h制备双电层电容器用活性炭电极材料。利用扫描电镜、低温N2吸附对活性炭的形貌、孔结构进行表征,采用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等测试方法评价其在3mol/L KOH电解液中的电化学性能。结果表明,3种活性炭比表面积、总孔容和中孔率最高分别达1 900m2/g、0.919 4cm3/g和35.7%;3种活性炭电极材料在0.055 6 A/g电流密度下的比电容分别为202F/g、255F/g、194F/g,电流密度增加到2.780A/g时,电容保持率分别为84.2%、67.1%、86.6%;等效串联电阻仅为0.10~0.12Ω;在碱碳比为2∶1时制备的活性炭电极材料在2.363A/g下比电容为148F/g,经1 000次循环充放电后,其质量比电容为147.7F/g,电容保持率高达99.3%。     

模板法煤沥青基中孔炭的制备及其电化学性能

以煤沥青质为碳源,气相法二氧化硅为模板,制备中孔炭(Mesoporous carbon,MC),通过CO2活化调变其表面结构.用TEM、N2吸附、电化学工作站及Land电池测试系统等对产品炭的微观结构及电化学性能进行研究.结果表明:在活化温度900℃、CO2气流量100mL/min条件下,随着活化时间的增加,炭产品的BET比表面积、微孔孔容均呈增加趋势.在活化时间为150min时,产品炭的BET比表面积可达1 360m2/g,比活化前的比表面积提高了约88%.产品炭作为超级电容器电极材料表现出良好的电化学性能,活化时间为120min的样品,在1000mA/g的电流密度下,材料的质量比电容为135F/g,10000次充放电循环后,比电容值保持率高达93%.     

沥青基中孔炭的制备及其吸附性能

以煤焦油沥青为碳源,液相原位合成的MgCO3纳米颗粒为模板,一步法制备了中孔炭材料。利用氮气吸附-脱附实验,X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征,并且研究了其对甲苯和维生素B12(VB12)的吸附性能。结果表明:制备的中孔炭材料孔径集中分布在2-10nm,且比表面积、孔容和中孔率最大分别达到530m2.g-1、0.92cm3.g-1和99%,中孔炭(PBMC-1.5)对甲苯分子和VB12分子的饱和吸附量分别达到801和275mg.g-1。     

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。     

双电层电容器用煤基活性炭的制备与电化学性能表征

以河南永城无烟煤为原料、KOH为活化剂制备了高比表面积的煤基活性炭,采用低温N_2吸附法对活性炭的比表面积、孔容及孔径分布进行了表征,并对其用作双电层电容器电极材料的电化学性能进行了系统测试.在KOH与煤的质量比为4:1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下制备出的活性炭其比表面积高达3224m~2/g,总孔容达1.76cm~3/g,中孔率为57.95%.该活性炭电极在3mol/L KOH电解液中的比电容高达324F/g,且具有良好的循环性能,当电流密度为40mA/g时,经1000次循环后,比电容保持率超过92%,且其漏电流很小.     

聚酰亚胺基高比表面活性炭及其电化学性能研究

以聚酰亚胺(PI)薄膜边角料为前驱体, 采用CO₂物理活化法制备高比表面活性炭。研究了活化工艺对PI活性炭孔结构性能的影响及其活化机理, 探讨了活性炭孔结构对其电化学性能的影响。结果表明, PI薄膜可以在相对较低的温度下经CO₂活化制备出具有无定型微晶质炭结构、孔隙结构发达的活性炭, 比表面积最高可达2809 m²/g, 总孔容积达1.423 cm³/g; 通过控制CO₂活化工艺, 可实现对PI活性炭的孔道尺度与分布的调控。作为超级电容器电极材料, PI活性炭在100 mA/g条件下, 比电容高达237 F/g, 电容保持率为86%。孔径集中于0.7~2 nm, 并存在适量介孔的活性炭具有极佳的电化学性能。     

酚醛基活性炭布的制备及电化学性能研究

以实验室自制的酚醛基纤维布为原料,以二氧化碳为活化剂制备了系列酚醛基活性炭布(Activated Carbon Cloths,ACCs),利用低温N2(77K)吸附法测定了所制活性炭布的孔结构,并将所制得活性炭布用做超级电容器电极材料,采用恒流充放电法和交流阻抗技术考察了所制模拟电容器的电化学性能(电解液:1 M(CH...     

石墨烯/炭气凝胶的制备及其结构与性能研究

以间苯二酚(R)和甲醛(F)为炭前驱体原料, 通过溶胶-凝胶法制备石墨烯/炭气凝胶复合材料。采用XRD、Raman、SEM和N₂吸附/脱附等对样品进行结构表征。结果表明: 石墨烯为R和F的聚合提供形核场所, R和F首先在氧化石墨烯(GO)表面聚合, 随着RF含量的增加, 复合炭气凝胶(RF)结构从石墨烯薄片层为骨架的三维网络, 经RF基炭球包裹于石墨烯的网络结构, 最终转变为球形团簇交联的三维网络。石墨烯/炭气凝胶复合材料的比表面积随着RF的增加先增大后减小。当GO与RF质量比为1︰100时, GO/RF-100用作超级电容器电极材料, 在6 mol/L KOH电解液中的比电容达169 F/g, 具有较好的电容特性。     

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。     

铝箔多孔阳极氧化铝膜的低温制备及其电化学性能

以多孔阳极氧化铝（AAO）膜制备纳米材料时降低AAO膜孔径至关重要,降低电压无法达到要求,而降低氧化温度可实现这一目标。在0．4mol／L H3PO4溶液中加入70％～80％（体积分数）1,3-丙三醇（PDO）,于-10～10℃下恒压110V阳极氧化1h制备了多孔阳极氧化铝（AAO）膜,并在0．50mol／LH,B03和0．05mol／L Na2B4O7溶液中于20℃下以0.5mA／cm。进行填孔后处理。利用SEM,EDS,XRD分析了AAO膜的表面彤貌与组成。并对AAO膜填孔前后的极化曲线和交流阻抗谱进行了测试。结果表明,膜孔径随氧化温度降低而降低,80％PDO,10℃所得AAO膜的成分包括     

微波加热烟杆制备微孔活性炭的研究

研究了微波加热烟杆氯化锌活化法制备微孔活性炭的新工艺.采用正交试验研究了氯化锌浓度、浸渍时间、微波功率和活化时间对活性炭得率和吸附性能的影响.最佳工艺条件为ZnCl2浓度25%,浸渍时间36h,微波功率为700W,加热时间为16 min时,所制备的活性炭的碘吸附值为1059.32 mg/g,亚甲基蓝吸附值为21 mL/0.1g,得率为32.90 %.该工艺将常规加热方法的预热、干燥、炭化和活化简化为一个过程,所需要加热时间仅为传统方法的1/13,产品活性炭的亚甲基蓝吸附值为国家一级品标准的2.33倍.同时测定了该活性炭的氮吸附等温线,通过BET法计算了活性炭的比表面积,并通过H-K方程、D-A方程和密度函数理论(DFT)表征了活性炭的孔结构.结果表明:该活性炭为微孔型,BET比表面积为1214m2/g,总孔容为0.7387 mL/g,微孔占总孔容74.03%,中孔占24.54%,大孔占1.43%.