炭化温度对酚醛树脂基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以酚醛树脂为炭前驱体,KOH作活化剂,通过调节炭化温度在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料.N_2吸附测试表明随着炭化温度降低,活性炭材料比表面积先增大后减小,孔容则不断增大.其中,550℃炭化样品与KOH反应活性最佳,可制得比表面积为2983m~2/g,总孔容为1.58cm~3/g,中孔孔容达到0.59cm~3/g的活性炭材料.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,PF550活性炭材料电容性能最佳,在有机电解液中100mA/g充放电时,比电容达到160F/g,电流密度增大50倍容量保持率达到82%,显示出良好的功率特性;活性炭材料中存在一定比例的中孔不仅可以改善电极材料的功率特性,而且可以提高微孔的利用率.     

酚醛树脂/活性炭基微孔炭膜制备及结构调控

以酚醛树脂和活性炭为主要原料,甲基纤维素为黏结剂,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为造孔剂,采用压模成型及一步炭化法制备高比表面积酚醛树脂/活性炭炭基微孔炭膜(PRCM),通过调节原料配比及制备工艺参数等实现微孔炭膜结构的可控制备.结果表明,当酚醛树脂质量分数为45%,炭化温度1 150℃,PVB添加质量分数20%时,酚醛树脂/活性炭微孔炭膜的抗折强度、电导率、孔隙率、纯水通量和比表面积分别为8.2 MPa、400.3μS/cm、44.2%、93 L/(m~2·h)和370.2 m~2/g.此外,采用溶胶-凝胶法将纳米TiO_2负载微孔炭膜制备电催化膜电极(TiO_2/CM).在相同配比和制备工艺条件下,对比煤基、煤沥青/活性炭以及酚醛树脂/活性炭三种原料所制备电催化炭膜的电化学和电催化降解苯酚性能.结果显示,TiO_2/PRCM具有最优的电化学活性和催化降解效率.以其所构建的ECMR处理10 mmol苯酚废水时,COD和苯酚去除率分别可达86.5%和94.6%.这是因为PRCM具有较高的比表面积和石墨化程度,导致其具有较高的催化效率.酚醛树脂/活性炭炭基微孔炭膜在含酚废水过程中展现了良好的电化学和机械性能.     

K_2CO_3活化废弃纤维板制备含氮活性炭双电层电极(英文)

以废弃中密度纤维板为原料,通过K2CO3活化制备活性炭双电层电容器电极。探讨炭化温度(500℃)、碱炭比(K2CO3与炭化物的不同质量比,即2.5、3、3.5和4)、活化温度(800℃)和活化时间(1 h)对电极电化学性能的影响,并对活性炭进行表面化学结构、孔隙性质和电化学性能进行表征。结果表明,经炭化和活化作用,所得活性炭均含有氮元素,含氮质量分数为0.93%~2.86%。在不同质量活化剂K2CO3的作用下,所得活性炭BET比表面积分别为569~1027 m2/g,不同比表面积活性炭作电极经测试得到不同质量比电容,所得比电容为147~223F/g。另外,当碱炭比为3.5时,所得活性炭电极的质量比电容和电化学性能最佳,归因于此条件下所制活性炭具有高比表面积和大的孔隙,并含有含氮官能团。     

添加剂对PVC/PVB共混超滤膜性能的影响

通过干-湿相转化法,制备聚氯乙烯（PVC）/聚乙烯醇缩丁醛（PVB）共混平板超滤膜;考察了3种不同型号的PVB型号、添加剂聚乙二醇（PEG）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）在铸膜液中的含量的不同对共混超滤膜性能的影响。结果表明PVB对PVC共混改性可有效改善膜的性能,在不同型号的PVB中PVB-60T对膜亲水性和分离性能改善最为显著;当PEG含量为5%,PVP含量分别为5%和1%时,PVC/PVB共混膜分离性能较佳,纯水通量为510.1L/（m2.h）,截留率为98%。     

活化条件对酚醛基活性炭布结构及其电化学性能的影响

以实验室自制的酚醛基纤维布为原料,通过水蒸气活化制备了系列酚醛基活性炭布(ACCs),利用低温N_2(77K)吸附法测定了所制活性炭布的孔结构,将所制备的活性炭布用做超级电容器电极材料,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:1M(CH_2CH_3)_3CH_3NBF_4/PC).结果表明:随着活化温度的升高或活化时间的延长,所制活性炭布的比表面积和平均孔径增大,中孔比表面积也得到明显提高.活性炭布的比电容随着比表面积的增加而增大,其中950℃活化90min的样品在50mA·g~(-1)电流密度下的比电容达到158F·g~(-1).电容保持率(C_(500)/C_(50))随着样品中孔比表面积的增加而增大,900℃活化120min的样品的电容保持率达到91.1%;随着平均孔径的增大,表征电极导电性的参数IR降减小.     

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 %.     

活化剂用量对无烟煤基高比表面积活性炭电容特性的影响

以云南小发路煤矿低灰无烟煤为原料，KOH为活化剂制取双电层电容器用高比表面积活性炭电极材料。考察了活化剂与无烟煤的配比对活性炭收率、孔结构及比电容的影响，初步探讨了以无烟煤基高比表面积活性炭作电极的模拟双电层电容器的充放电特性。研究结果表明：随着KOH/无烟煤（质量比：1-5）增加，所得活性炭的收率下降，比表面积、总孔容积和比电容则不断增加。控制适宜的活化工艺条件可制得双电极比电容达73.6F/g的无烟煤基高比表面积活性炭，以该活性炭作电极的模拟双电层电容器具有良好的充放电性能。     

丝瓜络基活性炭电极材料的制备及其电化学性能表征

以丝瓜络作为前驱体,KOH为活化剂,在不同温度下炭化、活化制备活性炭,并将其作为超级电容器电极材料。采用N2吸附及电化学测试对活性炭的孔结构和电化学性能进行了表征,研究了炭化温度、碱炭比对活性炭电极材料孔结构和电化学性能的影响。结果表明:丝瓜络经过一步炭化即可制备出电化学性能优异的炭材料,经过KOH活化后比电容明显增加,在碱炭比为2时制备活性炭的比表面积、总孔容分别达到1549m2/g和0.901cm3/g,比电容达到228F/g,是未活化炭化物比电容的2.5倍,是一种理想的电极材料。活性炭作为电极材料,其比表面积存在一个最佳值,孔的容积、大小和形状对电解质离子的储存、扩散有着重要作用,对电化学性能有很大影响。     

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。     

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.     

共聚炭化法制备多孔炭材料及其电容性能研究

采用酚醛树脂(PF)为热稳定聚合物, 端环氧基的聚合物(QS)为热不稳定聚合物, 利用聚合物共聚炭化法制备多孔炭。经红外光谱分析及热重分析证实, 在酚醛树脂与QS的共聚固化物中, QS链段上的环氧基与酚醛树脂链段上的酚羟基发生反应生成醚键, QS接枝到酚醛树脂的链段上。BET比表面积、孔结构和电化学性能分析表明: 在共聚固化物PF/QS的炭化过程中, QS的热解逸出能起到造孔作用, 并随着QS用量的增加多孔炭的比表面积先增大后减小。QS加入量为15%的多孔炭具有最大的比表面积609.0 m²/g、总孔容0.28 cm³/g和微孔孔容0.22 cm³/g, 与聚合物共混炭化法相比, 在相同热不稳定聚合物加入量条件下, 多孔炭的比表面积和孔容都有所提高。该多孔炭电极在30wt% KOH电解液中的比电容达177.5 F/g, 具有良好的电容特性。     

Mesoporous activated carbon as electrode for electric double layer capacitor

Mesoporous activated carbon with high surface area (AC-Y-A) was prepared by carbonization followed by activation of vinylidene chloride copolymer containing yttrium acetylacetonate. Their performances as electrodes for electric double layer capacitor (EDLC) in tetraalkylammonium tetrafluoroborate (R₄NBF₄)/propylene carbonate (PC) or acetonitrile (AN) solutions were evaluated and compared with those of microporous activated carbons [AC and AC(CO₂)]. The specific EDLC capacitances of the mesoporous AC-Y-A are almost the same as those of microporous AC at low discharge current. However, at high discharge current, the specific capacitance of AC-Y-A is much higher than those of both AC and AC(CO₂) in PC and AN solutions. The capacitances decreased with increasing alkyl chain length of R₄ N⁺ ions and discharge current. These results suggest that EDLC capacitance depends on pore size of activated carbons and smooth movement of R₄ N⁺ ions in pores.     

H2O2活化聚酰亚胺碳纳米纤维无纺布及其储电性能

聚酰亚胺碳纳米纤维无纺布经双氧水在氮气氛中750℃活化,使其比表面积增大,从而改善其储电性能.通过透射电镜观察活性碳纳米纤维的尺寸、形貌和结构;采用次甲基蓝水溶液吸附法测定活化碳纳米纤维的比表面积;用CHI660B电化学工作站测定该活性碳纳米纤维电极的储电性能.结果显示：活化后碳纳米纤维具有更大的比表面积,表面粗糙,电极材料的储电性能随活化程度的提高而增大;聚酰亚胺碳纳米纤维电极具有良好的超级电容器特性,在1 mol/L的H2SO4电解液中,经6 h活化后的碳纳米纤维电极具有良好的电荷储存能力,比电容量达到174.2 F/g.     

基于四羟甲基甘脲前驱体的新型含氮富微孔活性炭制备及其性能研究

以四羟甲基甘脲为碳前驱体,采用KOH活化法处理得到双电层电容器用多孔活性炭材料。考察了不同碳化、活化温度对活性炭比电容的影响。结果表明,在850℃碳化,650℃活化处理时其电容性能最好,SEM和比表面与孔径分布测试说明TA-850-650表面富集微孔;恒流充放电与循环伏安测试结果表明TA-850-650的比电容在电流密度为0.2A/g时可达527F/g。     

膨胀石墨/酚醛树脂-聚乙烯醇缩丁醛复合双极板的制备与性能

采用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）对酚醛树脂（PF）进行改性,并以膨胀石墨为第一导电填料,用模压成型法制备了新型质子交换膜燃料电池用膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板。研究了PVB与PF质量比、改性树脂含量及炭黑的添加对膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板电导率、抗弯强度等性能的影响。结果表明,当改性树脂质量分数固定为30wt%时,膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板在PVB：PF=0.5时表现出最佳的电导率及抗弯强度,分别为192.3 S/cm、47.25 MPa,与不添加PVB的膨胀石墨/PF复合材料双极板相比,平面内电导率和抗弯强度分别提高了12.3%、14.2%。在PVB含量固定的条件下（PVB：PF=0.5）,当改性树脂的质量分数由25wt%增加至45wt%时,膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板的电导率下降,而抗弯强度增加。进一步添加炭黑提高膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板的导电性能,当改性树脂质量分数固定为45wt%时,炭黑添加量为4wt%的试样表现出最佳的平面电导率和面比电阻,分别为137 S/cm、14.4 mΩ·cm²。     

电极制备工艺对褐藻多孔碳双电层电容性能的影响

为探究电极制备过程对材料双电层电容可能带来的变化,以褐藻为前驱体制备多孔碳,研究了电容测试过程中碳颗粒尺寸和电极制片压力两种工艺参数对其双电层电容性能的影响规律.通过将多孔碳粉末严格筛分成5组不同的尺寸,分别制成电极并测试其充放电性能和循环伏安曲线,得到比电容随颗粒尺寸变化的规律;再选取优化尺寸的多孔碳,在4种不同的压力下制成电极片,进而研究了不同制片压力对电极电容的影响规律.研究表明,在微米级,所制电极的比电容随碳颗粒尺寸的减小显著增加,同时随制片压力的增大,比电容先增大后减小.本实验条件下,碳颗粒尺寸小于25μm、制片压力为10 MPa(对应电极片所受真实压强约619 MPa)时,得到的电极片具有最高的比电容值.     

双电层电容器用中孔活性炭电极的电化学性能

选用中孔活性炭作为双电层电容器的电极材料，实验发现，中孔活性炭电化学性能优异，比表面积利用率高达93．5％，用水蒸气活化可以增加活性炭的比表面积，随着活化时间的延长，活性炭收率降低，活化2h收率仅为26．5％,同时比表面积从原来的760m^2/g增加到1480m^2/g，且主要在2nm附近孔结构分布强度增强，比电容随活化时间的延长而增加，但增速低于比表面积的增加幅度。     

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。     

基于纸纤维/晶须状碳纳米管/活性炭三元无金属集流体复合纸电极的柔性超级电容器

以纸纤维(PF)为基体,晶须状碳纳米管(WCNT)和活性炭(AC)为功能添加物,采用真空抽滤法制成PF/WCNT/AC三元无金属集流体复合电极。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)光谱仪、拉曼(Raman)光谱仪对其进行表征和分析,采用两电极测试体系对组装的超级电容器性能进行测试。结果表明,与涂布法所得的铝箔集流体(Al/WCNT/AC)电极相比,由PF/WCNT/AC三元复合电极组装的超级电容器比电容大幅提高,并展现出良好的充放电性能。在1mV/s的扫描速率下比电容达325F/g,几乎是Al/WCNT/AC超级电容器(108.7F/g)的3倍。PF/WCNT/AC超级电容器在0.4A/g电流密度下的比电容为95F/g,在3.2A/g电流密度下的比能量与比功率分别为36.76 Wh/kg、5.52kW/kg。