表面掺杂改性生物质活性炭在超级电容器中的应用

活性炭作为超级电容器电极材料,具有许多优点,但也存在能量密度低、比电容不足的缺点。介绍了双电层电容器和赝电容电容器的储能原理以及生物质活性炭的制备工艺,综述了近年来表面掺杂N、S、O、P和金属氧化物改性生物质活性炭电极材料在超级电容器中的应用,指出了存在的问题及未来研究方向。     

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.     

稻壳基活性炭的热处理改性及其电化学性能（英文）

稻壳基活性炭是一种具有多级孔道结构的电极材料,可以用于水系或有机电解液体系超级电容器,具有优良的比电容和功率特性。然而稻壳基活性炭用于超级电容器会出现严重的自放电问题。本文提出了一种简单的热处理稻壳基活性炭的改性方法,能够提高活性炭电极材料的电容值,并降低其自放电速率。在保持原有的多级孔结构基础上,增加了活性炭的介孔比例,减少了表面含氧官能团。改性前后的稻壳基活性炭材料组装的双电层超级电容器在0.5 A g~(-1)的电流密度下,质量比电容分别为116 F g~(-1)和147 F g~(-1),24 h自放电电压保持分别为75.2%和84.5%;在1.0 A g~(-1)条件下10 000圈恒流充放电循环后,电容保持率分别为85%和92%。     

碳纳米管与活性炭超级离子电容器的频率响应

分别采用碳纳米管和活性炭作用超级离子电容器的电极材料，应用交流阻抗频谱法，研究了两类超级离子电容器的频率响应特性。结果表明，用碳纳米管作电极，超级离子电容器地频率250mHz以下出现“电荷饱和”；而用活性炭作电极，超级离子电容器在频率为100mHz时仍未出现“电荷饱和”，说明碳纳米管超级离子电容器的频率响应特性优于活性炭超级离子电容器的频率响应特性，但是上述两类超级离子电容器的频率响应特性均比传统介质电容器的频率响应特性差。     

氧官能团对活性炭超级电容器电容性能的影响（英文）

活性炭作为一种电极材料广泛应用于商业超级电容器中。炭材料表面的氧官能团是影响超级电容器电容性能的重要因素之一。通过(NH_4)_2S_2O_8温和的氧化过程在活性炭上引入氧官能团,并在不同温度下热处理样品来进一步除去氧官能团,同时又保留了活性炭原始的孔结构。结果表明,在水系电解液中,含氧官能团,特别是羧基和羰基,不仅加强了电解液在电极中的扩散,而且通过引入赝电容来提高电容。在300℃惰性气氛热处理后可以增加电极材料的电容和倍率性能。然而,不适量的氧官能团会堵塞活性炭的孔,导致其电化学性能差。在有机电解液中,含氧官能团会降低电极材料的电容,但在700℃惰性气氛热处理后可以有效提升材料的电容。研究结果揭示了氧官能团与电化学性能之间的关系,对于设计实际应用中的高性能超级电容器至关重要。     

大豆分离蛋白膜基中性水相超级电容器的构筑EI北大核心CSCD

以三乙醇胺(TEA)为增塑剂,制备了一系列不同TEA含量的大豆分离蛋白(SPI)薄膜,并以改性SPI膜和商业膜为隔膜,以活性炭为电极材料,结合硫酸锂电解质,构筑了超级电容器单体器件,系统研究了各超级电容器的性能。研究结果表明,由改性SPI膜组装的超级电容器的电位窗口能够达到1.5V,且表现出优异的双电层电容特性。改性膜SPI/TEA-1.6组装的超级电容器EDLC-1.6有最高的单电极比电容,在1.0A/g电流密度下为113.44F/g,能量密度高达8.86(W·h)/kg,功率密度为7.84×10~2 W/kg,其电化学性能远优于由商业膜组装的超级电容器,且改性SPI薄膜具有良好的热稳定性及较好的离子传导性能。     

二维MXene材料在超级电容应用的研究进展

二维过渡金属碳/氮化物(MXene)具有类石墨烯的结构,微观上呈现片层状和多种表面基团,因此具有良好的导电性、离子传输和高亲水性能,并且成为超级电容器的理想电极材料。但MXene层与层容易坍塌、堆叠与官能团的存在,不利于作为电极材料的性能。通过热处理、离子插层和与碳复合等方法提高其电化学性能拥有巨大的应用前景。首先总结了MXene材料的制备方法,然后概述了表面改性和结构优化等对MXene超级电容器的电化学性能的影响,展望了MXene材料在超级电容器上的研究前景。     

聚噻吩/活性炭复合材料作为超级电容器电极材料的电性能

采用原位聚合的方法在活性炭表面引发噻吩聚合,制备不同配比的聚噻吩/活性炭复合材料作为超级电容器电极材料,并研究了不同配比对材料电性能及结构的影响.采用傅里叶红外光谱及场发射扫描电镜研究了材料的化学结构及表面形态.采用循环伏安,恒流充放电等方法评价了材料电性能.结果表明,当活性炭与噻吩的摩尔比为10:1时,复合材料呈蓬松...     

大豆分离蛋白膜基中性水相超级电容器的构筑

以三乙醇胺(TEA)为增塑剂,制备了一系列不同TEA含量的大豆分离蛋白(SPI)薄膜,并以改性SPI膜和商业膜为隔膜,以活性炭为电极材料,结合硫酸锂电解质,构筑了超级电容器单体器件,系统研究了各超级电容器的性能。研究结果表明,由改性SPI膜组装的超级电容器的电位窗口能够达到1.5V,且表现出优异的双电层电容特性。改性膜SPI/TEA-1.6组装的超级电容器EDLC-1.6有最高的单电极比电容,在1.0A/g电流密度下为113.44F/g,能量密度高达8.86(W·h)/kg,功率密度为7.84×10~2 W/kg,其电化学性能远优于由商业膜组装的超级电容器,且改性SPI薄膜具有良好的热稳定性及较好的离子传导性能。     

超级电容器电极材料与电解液的研究进展

超级电容器具有高功率密度、长循环寿命、良好的低温使用性能和安全性的优点,已经广泛应用到电子产品、能量回收和储能等领域。电极材料和电解液是决定超级电容器性能的两大关键因素,超级电容器常用的电极材料包括碳质材料(活性炭、碳纳米管、石墨烯、炭纤维、纳米洋葱碳等)、金属氧化物(金属氢氧化物)、导电聚合物及复合材料等;电解液主要有水系电解液、有机系电解液与离子液体。本文综述了超级电容器电极材料与电解液的研究现状,详细介绍了电极材料、电解液的性能及优缺点,并对新型电极材料和电解液的研究趋势提出展望。     

氮掺杂碳纳米管的制备及其应用

氮掺杂可以调控碳纳米管的电子结构及表面性质,以吡啶氮、吡咯氮(N-5)、石墨氮、氧化吡啶、-NO2及-NH2等形式进行掺杂的含氮官能团可提高碳纳米管的氧还原催化活性、赝电容、润湿性能及供电子特性。文章综述氮掺杂碳纳米管的3种制备方法:同步原位掺杂、碳化含氮物质、后处理,及其在氧还原反应、超级电容器和支撑材料方面的应用,并综述了不同种类含氮官能团的作用。     

活性炭的双氧水表面改性及其吸附二氧化硫性能研究

目的 制备武器装备贮存微环境用单组分的二氧化硫吸附材料。方法 采用双氧水对椰壳活性炭进行表面改性,研究改性活性炭孔隙结构、表面化学性质的变化及其对二氧化硫吸附性能的影响。结果 活性炭存在微孔和中孔,改性后活性炭比表面积略有增加,平均孔径减小。双氧水与活性炭反应起到刻蚀作用,在活性炭表面产生了纳米尺度的网孔结构,降低了活性炭表面碳微晶有序程度,同时双氧水与活性炭反应时起到了氧化作用,提升了活性炭表面氧元素和含氧官能团含量。体积分数为20%的双氧水改性活性炭的吸附容量最高,达到154.15 mg/g,约为改性前的5倍。结论 双氧水对活性炭经表面改性后,产生了纳米尺度的孔隙,并提升了活性炭表面含氧官能团,在两者协同作用下显著提升活性炭对SO₂吸附性能,具有良好的装备应用前景。     

预炭化对KOH活化石油焦的结构及电容性能的影响

以不同温度炭化的石油焦为原料、KOH为活化剂制备电化学电容器用炭电极材料. 采用XRD、TEM和N₂吸附法对前驱体及活化产物的结构进行了表征, 并考察了样品的电化学性能. 结果表明: 通过调整前驱体的预炭化温度, 可实现对石油焦基活性炭的微晶结构和孔结构的调控, 分别制得无晶体特性的高比表面积活性炭和由大量类石墨微晶构成的低比表面积活性炭. 低表面积活性炭依靠充电过程中电解质离子嵌入类石墨微晶层间而实现能量存储, 具有比高比面积活性炭高10倍的面积比电容和更大的体积比电容.     

表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响

为探究表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响,使用HNO_3和KOH在不同条件下对活性炭进行表面改性,用N2吸附法和XRD图谱表征活性炭改性前后孔结构和石墨化程度的变化。结果表明,改性后活性炭的比表面积和孔容提高,平均孔径减小,并存在石墨晶体结构。干法改性活性炭的比表面积和总孔容由1 077.880m~2/g和0.763cm~3/g分别增加到1 635.268m~2/g和1.128cm~3/g,并且微孔的孔容增加。改性处理可以去除活性炭中的杂质。分别以改性前后活性炭为材料制备固体电极,KCl为电解液,测试活性炭电极的热电转换性能,发现改性后活性炭具有更高的热电转换性能。     

中国活性炭的应用现状及未来发展预测

总结了目前我国活性炭的生产和市场现状,阐述了我国活性炭未来的发展方向,通过分析国家相关政策,预测了未来活性炭的市场需求,认为未来中国活性炭需求和价格将保持稳定增长。     

活性炭硝酸表面改性对催化剂分散度的影响

无论是活性炭作为催化剂载体还是在活性炭本身的催化制备过程中,催化剂在活性炭或活性炭前体上的高度分散都是至关重要的。通过X射线能谱(EDX)和扫描电子显微镜(SEM)技术直接观察、研究了活性炭表面经硝酸氧化改性对硝酸铜在煤基活性炭中分散度的影响。此外,将经硝酸表面改性的商品活性炭采用浸渍法负载上硝酸铜催化剂,再经水蒸气二次活化制备了一种新的活性炭。结果表明,硝酸处理造成活性炭吸附性能的下降,并且硝酸处理的强度越高,活性炭吸附性能的下降程度越大。然而,对硝酸处理的活性炭经简单的水洗可恢复其吸附性能。研究结果还表明,活性炭经硝酸氧化提高了炭表面含氧官能团的数量,使催化剂在活性炭的内外表面均能均匀分布,提高了催化剂的分散度和抗烧结能力。活性炭经硝酸改性后再负载硝酸铜进行二次活化制备高性能活性炭,可使硝酸铜的催化性能得到进一步的提升。     

全组分木质活性炭球的制备及其乙烯吸附性能研究

目的 制备全组分木质活性炭球,应用于乙烯吸附,筛选出乙烯吸附效果最好的活性炭球制备工艺。方法 以木材液化物为原料,探究不同的固化时间对制备的全组分木质活性炭球微观形貌的影响,利用场发射扫描电子显微镜观察其微观结构,通过氮气吸附-解析等温线计算样品孔径分布及其比表面积;使用气相色谱仪,结合乙烯吸附标准曲线,分析时间及吸附剂用量对4种活性炭球吸附乙烯性能的影响。结果 随着固化时间的增加,碳球表面趋于光滑、内部结构越来越致密,石墨化程度逐渐提高,比表面积和孔容逐渐减小。当固化时间为0.5 h时,比表面积高达2 073 m²/g,乙烯吸附量高达197.99 mg/g,约3 h达到吸附平衡。结论 全组分木质活性炭球能有效吸附乙烯气体,固化时间太长,活性炭球内部孔隙减少,不利于吸附乙烯气体。活性炭球孔容越大,乙烯吸附效果越好。     

Scanning tunnelling microscopy study of activated carbon fibres

Scanning tunnelling microscopy (STM) has been used to study isotropic pitch-based carbon fibres before and after steam activation. The results show that the present carbon fibre precursor exhibits a particulate surface which is very favourable for the formation of activated carbon fibre. After activation, the carbon fibre surface becomes much more porous and rougher, and the mesopores are evidently present on the surface. Because the scale is down to atomic resolution, the STM observations offer direct evidence for the existence of micropores on the surface of the activated carbon fibres. In addition, the surface textures of both fibres are presented and discussed.     

A study of the activity of the Cu-Co-Fe catalyst in oxidation of carbon

The paper addresses the thermal stability of fruit-stone activated carbon impregnated with the Cu-Co-Fe oxide catalyst. The nature and concentration of the oxygen-containing surface groups are determined. The kinetic investigation of the process of oxidation of fruit-stone activated carbon reveals a high catalytic activity of the Cu-Co-Fe oxide catalyst. It is shown that the nitric-acid treatment of fruit-stone activated carbon leads to an increase in the concentration of carboxyl groups which are the binding centers for Cu-Co-Fe oxide system with subsequent formation of the active center for the low-temperature oxidation. This gives rise to a great number of active centers of oxidation in the surface layer of fruit-stone activated carbon, resulting in a decrease of the temperature of the oxidation reaction of activated carbon by almost 100°C.     

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.