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.     

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。     

椰壳活性炭基超级电容器的研制与开发

为了开发体积小巧、大功率放电性能优良的超级电容器,选用比表面积1 660m2/g的椰壳活性炭,采用扣式电池结构,通过恒电流充放电、电化学阻抗谱、扫描电子显微镜等方法对其用于超级电容器的性能进行了考察。结果表明,选用椰壳活性炭的最大比容量为79F/g,大功率放电性能优良。继而采用该种椰壳活性炭为电极活性物质,以6m o l/L KOH为电解液,外包装采用涂覆防腐蚀尼龙层的铝箔袋软包装组装了1V、70F的超级电容器,外形尺寸为35mm×43mm×6mm。测试结果表明其比功率密度为170W/kg或330W/L,比能量密度1W h/kg,大功率放电特性较好。     

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.     

水蒸汽活化树脂炭用做双电层电容器电极材料

以热固性酚醛树脂为前驱体，采用水蒸汽为活化剂，通过改变活化时间，制备出了一系列双电层电容器用活性炭（PFR（1—5））．采用低温氮气吸附法测定BET比表面积和孔结构，发现随着活化时间的增加，活性炭的比表面积和中孔率增大．电化学测试表明，用活化时间为5h的PFR5H制备的模拟EDLC的比电容，在有机体系中50mA／g恒流放电比电容达106．5F／g，1000mA／g下放电仍保持99．7F／g，仅衰减了6．4％，具有良好的倍率特性．交流阻抗谱测试结果显示PFR5H的内阻最低，具有良好的电容性能和功率特性．     

添加不同生物质对无灰煤基活性炭结构及性能的影响

通过在无灰煤中添加不同生物质(玉米芯或松木屑),制备双电层电容器用活性炭电极材料,探究生物质对无灰煤基活性炭结构和电化学性能的影响。采用SEM、XRD、FTIR、N₂吸脱附表征其结构和组成,通过循环伏安、恒流充放电及交流阻抗测试其电化学性能。从生物质组成成分来看,添加高纤维素含量的生物质更有利于中孔的发育,使活性炭的孔隙结构更加完善。高纤维素半纤维素含量能够有效降低碳材料的电荷转移电阻和物质扩散阻力,使离子在孔结构之间的传输更加迅速。向无灰煤中添加玉米芯时,比电容提升45%,电荷转移电阻降低65%;向无灰煤中添加松木屑,比电容提升30%,电荷转移电阻降低35%,证明添加高纤维素含量的生物质更有利于活性炭的结构完善和电化学性能提升。     

耐热酚醛树脂基活性炭的制备及其超级电容器性能研究

活性炭因其大比表面积和低成本的优势,被广泛应用于超级电容器电极材料中。然而在活性炭的制备过程中,前驱体往往需要进行预炭化/氧化等处理以增强其热稳定性,这将会提高制备成本和工艺复杂性,不利于实际应用需求。为解决这一问题,本工作利用具有高度交联结构的耐热酚醛树脂为前驱体,通过一步活化法制备具有超高比表面及优异导电性的活性炭电极材料。最佳碱炭质量比为3∶1时所制备的活性炭比表面积高达2 656 m²·g^-1。在6 mol·L^-1KOH电解液中测试了活性炭电极的电容储能性能,1 A·g^-1时其比容量高达305.5 F·g^-1,在50 A·g^-1的超大电流密度下电容保持率有63.8%,远高于目前商业活性炭水平。另外,其在高质量负载量下仍具有优异的容量、倍率、循环性能,表现出巨大的应用潜质。     

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%。     

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。     

Preparation of sponge-like activated carbon via carbonization of super absorbent polymer (SAP) as electrode materials for supercapacitors

Sponge-like activated carbon with hierarchical pores and 3-dimensional (3D) connected skeletons has been fabricated by direct carbonization of super absorbent polymer followed by KOH activation. The pore size and shape of the porous carbon could be modulated by variation of carbonization temperature, which significantly affected the electrochemical performance. Specifically, the porous carbon obtained at an activation temperature of 700°C shows excellent capacitive performance in 1M KOH aqueous electrolyte: a high specific capacitance of 243 F/g at a current density of 1A/g, and a high capacitance retention of 95% after 5000 cycles.     

活性炭的孔结构与其电容特性的关系研究

采用传统工艺制备了超级电容器用高比表面积微孔炭,利于氮气吸附、循环伏安和恒流充放电研究了样品的孔结构和电容特性.结果表明,试验研制的微孔炭的比表面积达到2496m2/g,大孔径微孔含量很高,在5mA/cm2的电流密度下,活性炭的比容达到307F/g,而且具有良好的功率特性.超级电容器用活性炭的比容主要来自微孔比表面积的贡献,中孔对比容的贡献很小,其作用主要是改善功率特性.为了获得高比容和高功率密度,活性炭应该具有尽可能多的大孔径微孔和适量的小孔径中孔.     

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。     

石油焦氧化改性制备活性炭及其电容性能研究

采用水热法,利用H2O2对石油焦进行氧化改性,以KOH为活化剂,在碱碳比为3∶1时将改性石油焦制备成活性炭(OAC-3);作为对比,在碱碳比为3∶1、4∶1和5∶1时将未改性石油焦制备成活性炭(AC-3、AC-4和AC-5)。采用XRD、I2吸附、N2吸附和恒流充放电测试,研究氧化改性对石油焦和活性炭结构及性能的影响。研究表明,氧化改性使石油焦石墨微晶的晶面层间距由0.344nm增加到0.351nm,微晶厚度由2.34nm降低到1.86nm,降低了石油焦的活化难度。OAC-3和AC-4的比表面积分别为3066和2929m2/g;在0.2A/g的电流密度下,比电容分别为374.6和338.9F/g;基于OAC-3的超级电容器具有更好的功率特性和更低的内阻。     

超级电容器用活性炭的制备与电化学表征

以煤焦油沥青为前驱体,采用化学活化法制备了超级电容器用高比表面活性炭和活性炭电极.考察了活化温度对活性炭电极比电容量的影响,研究了活性炭材料的比表面积和孔结构与活性炭电极的充放电性能之间的关系,并对活性碳电极进行了电化学表征.结果表明,在500～700℃,随着活化温度的提高,活性炭电极的比电容量显著增大,当活化温度超过700℃时,活性炭电极材料的比电容量变化不明显.700℃活化温度下所制备的活性炭材料呈现明显的多孔结构,孔容为1.038cm3/g,比表面积为1959m2/g;所制成的活性炭电极比电容量为210F/g,等效内阻为0.9Ω/cm2,10mA/cm2充放电500次后保持90%以上电容量,交流阻抗谱在频率低于转化点时表现出纯粹的电容行为,循环伏安曲线显示出良好的可逆特性.     

氯化铜/活性炭复合电极的制备及性能的研究

以酚醛树脂为活性炭基体,采用化学掺杂法掺杂氯化铜,制备氯化铜／活性炭复合电极材料。通过物理吸附考察了金属氯化铜的存在下不同活化时间对金属复合活性炭孔径分布的影响,实验表明活化时间越长,比表面积越大,中孔含量越高。通过透射电镜和X射线衍射对复合电极的微观结构进行了研究,表明金属铜以纳米级均匀分散在活性炭中。通过比较活性炭电极和复合电极的电化学性能,说明掺杂金属铜可以有效提高比电容,并对充放电机理进行了探讨。     

无机胶凝成型活性炭的制备及性能研究

用水泥熟料作胶凝剂,探讨粉末活性炭的成型及性能。通过引入硅微粉与采取蒸压养护措施提高材料强度、缩短制备周期;用扫描电子显微镜(SEM)观察微观形貌,用抗压强度、碘吸附值、气孔率、吸水率、含炭量等指标评价试样的综合性能。研究结果表明,将70%(质量分数)活性炭粉末、25%(质量分数)水泥熟料粉末与5%(质量分数)硅微粉充分混合均匀后,造粒、成型,在195℃蒸压釜中养护6h,可制得性能良好的无机胶凝成型活性炭材料;试样的物理性能:碘吸附值为551.72mg/g,抗压强度为7.25MPa,炭含量为58.48%,气孔率为57.34%,吸水率为69.42%。     

特定孔径分布活性炭的制备及电容性能研究

在酚醛树脂中掺杂二茂铁可制得特定孔径分布的活性炭,炭化样品孔径主要在 3~4nm 之间分布,双层容量高达 0.26F/m2。水蒸气活化不同时间,树脂炭在10~20nm之间有较大孔容产生,同时比表面积增加。炭化样品碳含量高,但活化后,随碳氢含量的降低,结构破坏,双层容量降低。     

Novel preparation and high electrical performance effect of Mn-doped ultra-high surface area activated carbon (USAC) as an additive for Ni hybrid capacitors

This paper reports the synthesis of various molar concentrations of manganese (Mn)-doped Ultra-High Surface area Activated Carbon (USAC) additives and their efficient use as cathode materials for supercapacitors. We synthesized the nanoparticles via a novel and facile dip-coating process and characterized them in detail by various analytical techniques. The SEM, EDAX, and XPS results showed that the Mn ions were successfully substituted on the USAC additives’ layered structure without any structural changes. The long cyclic stability of the as-prepared Mn-doped USAC additives was tested as a cathode material for supercapacitors at different current densities. The detailed experimental results showed that the Mn dopant content crucially determines the electrochemical performances of the USAC additives. Electrochemical measurements showed that the MnCEP-S600HTT with 0.10 mol% molar concentration of Mn dopant gives the best cycling performances. It delivers a discharge capacity of 262.9 mAh g^?1 after 100 cycles. Further increasing the current density to 1000 mA g^?1 allowed it to still maintain 253.6 mAh g^?1 after 200 cycles. We confirmed that the structure of Mn-doped USAC additives is an important pole to improve the structural stability and electrochemical properties.