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。     

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。     

中间相沥青基活性炭微球/聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能研究

采用原位聚合法,以过硫酸铵为氧化剂,在比表面积为2945cm2/g的中间相沥青基活性炭微球(AMCMB)表面引发苯胺聚合,制备中间相沥青基活性炭微球/聚苯胺复合材料(AMCMB/PANI)。利用扫描电镜、X射线衍射和傅里叶变换-红外光谱分析,考察其微观结构和表面形貌;通过恒流充放电、循环伏安及交流阻抗测试,研究其在6mol/L KOH溶液中的电化学性能。在电流密度为0.02A/g时,AMCMB/PANI电极的比容量为387.72F/g,与AMCMB电极的比容量相比,提高了57.46%,说明少量聚苯胺的加入可以显著地提高电极材料的比容量;当电流密度增大1000倍时,AMCMB/PANI电极的比容量为157.68F/g,表现出好的大电流充放电能力。     

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%。     

二氧化锰电极材料的制备及电化学性能研究进展

二氧化锰(MnO₂)作为一种重要的无机功能材料,因成本低、来源广泛、电化学性能优异及对环境友好且理论比电容高等优势,在电化学电容器电极材料的研究中有巨大的应用潜力,已成为超级电容器电极材料的研究热点。目前,制备二氧化锰的方法多样,常用的方法有:固相法、水热法、溶胶凝胶法、液相共沉淀法、电化学沉积法等。且因二氧化锰具有比表面积大、循环稳定性好等优势,用其作为电极材料更易于工业化生产,具有较大的市场价值。本文主要综述了非晶态及晶态二氧化锰电极的制备方法及其用于超级电容器的研究进展,并对其储能机理、温度对其微观结构(表面积)和残余结构水等因素的影响进行了分析。     

中间相沥青基活性泡沫炭的制备及其电化学性能研究

以中间相沥青为前驱体,经自挥发发泡法、KOH活化法制备的中间相沥青基活性泡沫炭作为超级电容器电极材料。采用扫描电镜、X射线衍射和低温(77K)N2吸附法对中间相沥青基活性泡沫炭的表面形貌和微观结构进行表征。中间相沥青基活性泡沫炭的比表面积为2700m2/g,总孔孔容为1.487cm3/g。通过恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试,考察了中间相沥青基活性泡沫炭作为超级电容器电极材料的电化学性能。在电流密度为0.02A/g时,中间相沥青基活性泡沫炭的比容量为240.48F/g,能量密度为33.4Wh/kg;在电流密度为5A/g时,比容量为166.68F/g,具有良好的电化学特性。     

基于“蛋盒”结构海藻基超级活性炭的制备及电化学性能

与陆生植物不同,海藻中含有海藻酸和海藻酸盐,其中海藻酸盐主要以海藻酸钙、海藻酸镁等形式存在于细胞壁中。以马尾藻、浒苔、龙须菜、裙带菜、海带和石莼6种海藻为原料,对海藻炭化后得到的碳产物进行盐酸酸洗,除去海藻酸盐中的钙、镁等离子,形成“蛋盒”式初始孔结构,然后采用KOH活化法制备海藻基超级活性炭,研究酸洗预处理对海藻基活性炭孔结构特性以及电化学性能的影响。结果表明:对海藻炭化产物酸洗预处理,不仅明显增大了海藻基活性炭的比表面积,还大幅度提高了活性炭中介孔的含量。海藻基活性炭的电化学性能得到明显改善。     

厨余白菜基活性炭的制备及其电容性能

为了探索厨余垃圾再利用的新途径,首次以厨余白菜为原料通过炭化、化学活化法制备了白菜活性炭(CCAC)应用于超级电容器。利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、氮气吸脱附、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对其结构和组成进行了表征。结果显示CCAC具有规整的蜂窝状纳米多孔结构和丰富的官能团。三电极体系中,在不同浓度KOH电解液中测试了CCAC电极的电化学性能。结果表明CCAC电极在6 M KOH电解液中的比电容最高,在0.5 A·g^-1时为357 F·g^-1,并且在20 A·g^-1时循环10000圈后比电容仍能保持在99.6%,展现出极好的稳定性。此外,以该电极组装的对称器件在能量密度达到11.9 Wh·kg^-1时,功率密度达到了207.7 W·kg^-1。这些结果表明以厨余白菜作为一种新型活性炭材料来制备超级电容器电极,具有实际应用价值。     

三聚氯氰衍生多孔炭的制备及其电化学性能研究

多孔聚合物因具有高比表面积、孔结构可调性、孔隙结构丰富、合成方法多样而引起了广泛关注,在储能领域,可将其炭化后应用在超级电容器的电极材料中。在这项工作中用溶剂热法制备出多孔聚合物(PSC),以PSC为前驱体,一步炭化法制备多孔炭PSC-T。结果表明：多孔炭PSC-T具有石墨化结构,含有大量介孔。其电化学性能优异,在电流密度为1.0A/g时,比电容为190.1F/g,经过5000次的循环充放电后,比电容保留率为90%。     

超级电容器用活性炭电极材料的研究进展

活性炭因具有制备简单、成本低、比表面积大、导电性好以及化学稳定性高等特点,作为超级电容器电极材料已得到广泛应用.论述了活性炭电极超级电容器的工作原理及活性炭物化性质对超级电容器电化学性能的影响,介绍了活性炭电极材料的最新研究进展,展望了其应用前景,指出寻找新炭源及活化技术、探索活性炭孔结构和表面性质的有效控制手段、开发活性炭复合材料等是该领域今后研究的重点方向.     

超级电容器用沥青焦基活性炭的制备及其电化学性能

采用沥青焦为原料，制备了系列高比表面积活性炭作为超级电容器电极材料。用直流循环充放电、循环伏安及交流阻抗等表征方法比较了沥青焦基超级活性炭和日本可乐丽公司YPl5活性炭的电化学性能。实验结果表明在KOH、H2SO4、（C2H5）4NBF4／碳酸丙烯酯（Propylenecarbonate PC）及（C2H5）4NBF4／乙腈（Acetonitrile）体系中，沥青焦基活性炭的比电容随比表面积增加，其最高值分别为257F／g、228F／g、140F／g、142F／g，均超过了日本活性炭。沥青焦基活性炭电极在KOH体系中的等效串联电阻的体积电阻率与日本炭相差不大；在H2SO4体系中的电阻率均小于日本活性炭；在碳酸丙烯酯体系中的电阻率均大于日本活性炭；在乙腈体系中，活化剂KOH与沥青焦比例为4：l、经800℃活化3h制备的活性炭的电阻率小于日本活性炭。     

聚酰亚胺基活性炭的制备及其电化学性能的研究

通过炭化和进一步KOH化学活化的方法制备了聚酰亚胺基炭材料, 并将其用作双电层电容器电极材料. 采用DFT、XPS方法对其孔结构和表面化学性质进行了研究, 并通过恒流充放电等方法探讨了其电化学特性. 结果表明: 样品CPI的质量比电容是双电层电容和表面氮原子(尤其是N-5)所提供的赝电容共同作用的结果. 经活化后, 样品API比表面积达到1941m²/g, 主要形成0.7～2.0nm之间的微孔, 氮原子的影响可以忽略, 在50mA/g的放电电流密度下质量比电容达300F/g, 且电流密度达到1000mA/g时, 电容保持率仍为86.1%; 交流阻抗测试也表明样品API具有良好的双电层电容特性, 是一种新型的双电层电容器电极材料.     

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.     

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。     

酚醛树脂基活性炭微球的电化学性能II.作为EDLC电极材料的活性炭微球的制备及电化学性能

用直流恒流循环法考察在不同的活化条件下得到的酚醛树脂活性炭微球作为双电层电容器电极的电化学性能。结果表明,要得到高比电容的电容器电极材料,水蒸气活化的最佳条件为:在800℃下活化1h,水蒸气的量控制为氮气量的40%。在此条件下得到的酚醛树脂活性炭微球作为电极具有良好的循环充放电性能,比电容可达到143F/g,充放电效率高达98%。在2.0nm~7.5nm之间的孔对活性炭微球的比电容影响显著。     

酚醛树脂基活性炭微球的电化学性能Ⅱ.作为EDLC电极材料的活性炭微球的制备及电化学性能

用直流恒流循环法考察在不同的活化条件下得到的酚醛树脂活性炭微球作为双电层电容器电极的电化学性能。结果表明，要得到高比电容的电容器电极材料，水蒸气活化的最佳条件为：在800℃下活化1h，水蒸气的量控制为氮气量的40％。在此条件下得到的酚醛树脂活性炭微球作为电极具有良好的循环充放电性能，比电容可达到143F／g，充放电效率高达98％。在2．0nm～7．5nm之间的孔对活性炭微球的比电容影响显著。     

有机金属盐基介孔碳的制备及其电化学性能研究

以乙二胺四乙酸钙为原料,采用直接碳化法制备介孔碳电极材料。N2吸附测试表明,所制备的碳材料为典型的介孔材料,材料的比表面积随着碳化温度的升高而增加,平均孔径呈现先增加后减小的趋势。电化学测试表明,CaC-700、CaC-800和CaC-900具有优异的电化学电容特性,在较高的输出功率下仍能保持较高的能量密度,说明介孔表面在高功率输出时能够得到较充分的利用。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。     

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.     

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%.