三嗪基氮掺杂碳材料的制备及其在超级电容器中的应用研究

通过三聚氯氰(TCT)与对苯二胺(PPD)反应,成功合成了基于三嗪结构制备的微孔聚合物,然后在700～1000℃的环境下对微孔材料进行煅烧。结果表明,经900℃碳化的N-CTF-900样品的电化学性能最好,当电流密度为1A/g时,比电容为264.2F/g。经过10000次充放电循环,电容保持率达91.0%,展示出良好的循环稳定性和倍率性能,可作为超级电容器的电极材料。此外,随着碳化温度的升高,样品的碳化程度、电导率、孔隙率和微孔体积均增大。     

生物质基碳材料的制备及其在超级电容器中的研究进展

生物质基碳材料具有可再生性和灵活的微观结构可调性,作为高效、廉价的超级电容器电极材料受到越来越多的关注,但原生生物质衍生炭存在有低孔隙率、低比表面积和比电容不足等缺点。电极材料的比表面积、孔隙结构和导电性等都会影响超级电容器的储能性能,故如何制造具有高比电容、快速充放电且兼具一定柔性的电极材料成为了目前的研究重点。综述了超级电容器的类别、储能机理以及生物质基碳材料的制备方法和研究现状,分析了高质量负载电极的关键性能评价参数,并对其电化学性能影响因素进行了系统讨论,未来的发展趋势是将不同种类的储能器械集成复合型能源存储器械,以满足各领域需求。复合型的能源存储器械,大大提高了超级电容器的综合性能,因此研发高效、稳定的电能存储技术对于缓解能源短缺、减少环境污染和推动可持续发展具有重要的意义。     

纤维素基碳材料及其在超级电容器中的应用进展

能源枯竭和环境污染问题日益严重,新型可持续能源的开发迫在眉睫.超级电容器作为电化学能量存储设备,具有容量大、功率密度高、循环寿命长等优势,逐渐成为研究热点.纤维素是自然界中广泛存在的一种天然高分子化合物,具有绿色、环保、可持续、成本低的特点,制备的碳材料有独特的孔结构和大的比表面积,使其在超级电容器方面的应用成为一个主...     

含氧纳米多孔碳球的制备及其在超级电容器中的应用

开发具有规整纳米球状结构、高比表面积、高电化学活性且合成工艺简单的纳米多孔碳材料,对高储能设备至关重要。以β-环糊精为原料,采用高温水热、炭化以及氢氧化钾和碳酸钾活化制备纳米多孔碳球(NCSs),并对其进行硝酸和过硫酸铵表面氧化改性,系统研究了表面改性对多孔碳球电化学性能的影响。研究结果表明:NCSs呈规整球形结构,球直径200～300nm,比表面积为932.6m~2/g,经表面氧化改性后,球形结构并无发生较大的变化,但电化学性能有明显的提升,其中NCSs经过硫酸铵(APS)氧化改性后制得的NCSs-APS,在扫描速度为5mV/s条件下,比容量为214.1F/g,相比于NCSs(比容量为140.6F/g),比容量提升了52.3%。同时NCSs-APS具有良好的循环稳定性,经3000次循环,比容量保持率为91.4%。     

氢氧化钾改性碳材料及其在超级电容器中的应用

改性多孔碳材料具有高比表面积和孔体积、合理的孔径分布、优良的导电性,其作为电极材料在超级电容器中的应用一直受到科研工作者们的关注。综述了近年来KOH改性法改性煤炭基碳材料、生物碳材料、碳纳米管、碳微球、石墨烯等多孔碳材料及其在超级电容器中的应用进展。     

超级电容器碳电极材料制备工艺优化与性能

以碳化后的中间相沥青为前驱体、KOH为活化剂制备了超级电容器用活性炭电极材料,考察了KOH活化温度和碱碳比对所制备的超级电容器用活性炭电极材料的孔隙结构和电化学行为的影响,分析了不同工艺条件下所制备的活性炭电极材料的孔结构和电化学性能的影响因素。结果表明,于800℃活化温度和4∶1碱碳比条件下制备的活性炭电极在1mol/L(C2H5)4NBF4/PC时的最大比电容量可达103.2F/g,活性炭孔结构和比电容量的变化依赖于具体的处理工艺,中孔的含量对活性炭电极的比电容量会产生重要影响。     

生物质衍生碳/MnO2复合材料在超级电容器中的应用进展

超级电容器具有充放电速度快、能量密度高、循环稳定性好等优点,而电极材料决定超级电容器的电化学性能。可再生生物质经过高温炭化可制备不同微观结构的碳材料,然而,这些碳材料存在比容量低的缺点;MnO₂具有高理论比电容,缺点是循环稳定差。生物质衍生碳与MnO₂复合可以实现两者优势互补。首先介绍了生物质衍生碳/MnO₂复合材料的制备方法,包括化学法、水热法和电沉积法。然后,按照不同生物质衍生碳的微观结构进行分类,综述了多孔碳/MnO₂、碳球/MnO₂、碳纤维管/MnO₂、碳纳米片/MnO₂和三维碳/MnO₂复合材料的制备及在超级电容器中的应用性能。最后,总结了综合性能最优的生物质衍生碳/MnO₂复合材料,并针对该领域存在的问题提出了其未来发展方向。     

超级电容器用PVDC基碳电极的研究现状

碳电极是超级电容器的关键材料,在很大程度上决定了超级电容器的性能,其发展趋势是高比表面积、高堆积密度、高中孔率、高电导率、高纯度和高性价比以及良好的电解液浸润性(即"六高一良好")。目前,活性碳纤维、碳凝胶、碳纳米管、模板碳等各种碳材料作为超级电容器电极材料的研究均有报道,但较低的比电容和相对较低的体积密度限制了它们在高能量需求的超级电容器电极方面的实际应用。为解决上述问题,关于具有高比表面积的多孔碳材料的研究逐渐活跃起来,特别是一些免活化的制备方法如共混聚合物裂解法、微乳液模板溶胶-凝胶聚合法及模板法等。然而,共聚混合物的制备、超临界干燥、模板的去除等使以上免活化制备方法较传统方法更为复杂。用聚偏二氯乙烯(PVDC)作为前驱体制备多孔碳可实现脱氯-活化一步完成。PVDC基碳作为超级电容器电极材料的优势在于:(1)来源广、成本低;(2)PVDC高碳密度的长链构型可促进芳香环化,与小分子相比,其所需碳化能量低,制备多孔碳材料无需额外活化过程;(3)以PVDC为碳前驱体比以其他材料为前驱体制备的多孔碳材料具有较高的比电容,目前PVDC基碳电极的比电容可达400F·g~(-1)。然而,高性能超级电容器的碳电极材料既要有高比表面积,又要有与电解液离子尺寸相适应的孔径,二者彼此制约。因此,目前研究的重点是在更微观层面上实现碳材料微观结构的调控与优化。目前,超级电容器用PVDC基碳电极的制备方法可分为脱氯-活化多步法与脱氯-活法一步法。脱氯-活化多步法是将PVDC直接机械研磨或高温热解,接着在不同活化作用后得到多孔碳材料的方法。此法得到的多孔碳具有较高的比表面积,但制备过程复杂。模板法不需要额外活化作用,但仍需两步才可得到多孔结构,获得的多孔碳材料虽然具有比表面积大、孔体积大及分级孔径分布的优点,但比电容相对较低。PVDC结构特殊,在高温热解或机械研磨过程中加入强碱,可实现脱氯-活化一步完成,得到PVDC基多孔碳材料,该法工序简单,脱氯率较高,且不会破坏PVDC的固有结构。此外,PVDC连接在亚乙烯基上的氯元素活性高,与含N-/O-聚合物中的N-/O-相比更易离开基团,可在较低温度实现脱氯碳化,且脱氯后的空位对杂质原子较敏感,易实现掺杂。本文分别从PVDC脱氯-活化多步碳化、脱氯-活化一步碳化及氮掺杂三方面综述了超级电容器用PVDC基碳电极的孔结构、比表面积及电化学性能方面的研究进展,并对超级电容器用PVDC基碳电极的研究进行了展望。     

氮掺杂碗状空心碳微球的制备及其 在超级电容器中的应用

针对碳电极材料存在比电容小、能量密度低的问题,采用异质成核合成路径制备了新型的碗状空心碳微球,进一步以尿素为氮源,通过水热法制备了高性能氮掺杂碗状空心碳微球。采用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、能谱仪、傅立叶红外光谱仪和X射线光电子能谱分析仪对碗状空心碳微球和氮掺杂碗状空心碳微球的形貌及结构进行表征,并分析了氮掺杂对碗状空心碳微球的电化学性能。实验结果表明:氮掺杂对碗状空心碳微球的电化学性能有显著的改善,在1 A/g的电流密度下,氮掺杂碗状空心碳微球的比电容(235.5 F/g)远高于碗状空心碳微球的比电容(121.0 F/g),此外,氮掺杂碗状空心碳微球在3 A/g的电流密度下循环5 000次后,其比电容保持率为78.3%。     

酚醛树脂基碳微球的制备及其电化学性能研究

以间苯二酚和甲醛为前驱体,1,6-己二胺作为交联剂,通过水热法制备出一种球形纳米酚醛树脂基碳微球材料。采用N2吸附、XRD及SEM对材料的结构和形貌表征表明,交联剂的加入可得到球形形貌的碳纳米微球,同时,改变交联剂的量可以控制球形颗粒的大小及结构,但FT-IR表明对表面官能团未有影响。利用循环伏安法、恒流充放电及交流阻抗曲线对碳球材料电化学性能进行评价,在-0.95~0 V电压范围内,碳球材料具有典型的双电层电容和充放电可逆性。当1,6-己二胺与间苯二酚摩尔比为0.4时,在1 A/g的电流密度下测得的比电容为147.37 F/g。对电极进行5000次循环充放电测试,其比容保持率为91.27%。     

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。     

基于纤维素纤维的多孔碳材料的制备及应用

采用选择性表面溶解（SSD）法将纤维素纤维表面部分溶解,固化后形成多孔结构,最后在Ar气氛中炭化制得多孔碳（HPC-SSD）材料,HPC-SSD材料具有大的比表面积和三维多孔结构。通过SEM、BET、FTIR、XRD及电化学测试,系统地研究了针对纤维素纤维的两种活化预处理方法对HPC-SSD材料的形貌、化学组成、比表面积及电化学性能的影响。通过与纤维素纤维直接炭化所得的多孔碳（HPC）材料的相关性能进行比较发现,HPC-SSD材料的成孔过程更加稳定,有利于大量微孔的形成。采用去离子水→丙酮→二甲基乙酰胺对纤维素纤维进行活化预处理,制得的HPC-SSD材料比电容为226 F·g-1（两电极体系）,是HPC材料的4.5倍,比未经过活化预处理的HPC-SSD材料提高了40%。      

聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶复合材料在超级电容器中的应用

用溶胶-凝胶法制备出碳气凝胶,对其进行硝酸活化,与聚吡咯复合(化学氧化聚合法)及先活化后复合,探究活化、复合对碳气凝胶性能的影响。采用傅立叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜表征材料的成分和形貌,通过循环伏安法、恒流充放电、交流阻抗及循环性测试等考察材料的电化学性能。结果表明,最佳处理方式为先活化后复合。比电容量大大提高,约为纯碳气凝胶的3倍,扫描速率为5mV/s时,比电容量达311F/g;1000次循环后比电容稳定在较高数值;导电性也得到提高。     

甘蔗渣基纳米孔碳在超级电容器中的应用(英文)

以甘蔗渣为原料,采用微波化学活化法制备了一类纳米孔碳,并将其用作离子液体超级电容器的电极材料。采用氮气吸附、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段对制备的纳米孔碳进行系统的结构表征。结果表明,当氯化锌溶液的浓度从20%增大到60%时,所制备的纳米孔碳的孔径从2.5nm增加到7.0nm,这说明纳米孔碳的孔径可以简单地通过控制氯化锌溶液的浓度来调节。通过循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗等方法测试纳米孔碳作为离子液体超级电容器电极材料时的电化学性质。研究结果表明,在离子液体中纳米孔碳的电容性能与其孔径紧密相关,纳米孔碳的孔尺寸越大,电容性能越好。     

超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器是一种具有优异电化学性能的新型储能装置,文章介绍了超级电容器的储能机理和优点,论述了碳基材料、金属氧化物材料及导电聚合物材料的研究进展和作为超级电容器电极材料的要求,对未来的电极材料的研究方向作出了展望。     

炭气凝胶为电极的超级电容器的研究

采用低分子线性酚醛树脂-糠醛为原料通过溶液．溶胶-凝胶途径成功合成了炭气凝胶．探讨了结构对电化学性能的影响。采用直流循环法测定炭气凝胶为电极的超级电容器的电化学性能,结果表明,炭气凝胶电极在0．5mA充放电时电极的比电容为121F／g．充放电效率为95％．具有性能稳定、充放电效率高等优良性能。     

酒糟纤维素碳气凝胶的制备及在超级电容器中的 应用

电极材料是决定超级电容器性能的主要因素,因此,合成具备特定形貌、组成以及性能优异的电极材料是构建高性能超级电容器的关键。从酒糟中提取植物纤维素,再通过冷冻干燥和热碳化处理,制备具有乱层石墨结构的纤维素碳气凝胶功能材料,并将其应用于超级电容器。研究结果表明,最优碳化温度700 ℃下制备的纤维素碳气凝胶作为电极材料,在浓度为6 mol/L的 KOH溶液和1 A/g的电流密度下,其比电容为183.5 F/g;而且该电极材料在20 A/g高电流密度下,仍保持90.0 F/g的比电容,展现出优异的倍率性能。交流阻抗拟合结果表明,CA-700组装的超级电容器界面传质电阻和扩散电阻分别为0.2829 Ω和5.7210 Ω;CA-700展现出较低的传质、扩散阻力和优异的电化学储能特性。     

一步法制备三维还原氧化石墨烯/NiO超级电容器电极材料及其性能研究

本研究以氧化石墨烯分散液(GO)和硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)为前驱体, 通过一步水热法制备自支撑三维还原氧化石墨烯/NiO复合电极材料(3D rGO/NiO)。用XRD和SEM等分析结果表明, 纳米NiO颗粒均匀分散在三维多孔石墨烯表面。当GO与Ni(NO₃)₂·6H₂O质量比为1 : 4时, 3D rGO/NiO在电流密度为1 A·g^-1 下比电容可达1208.8 F·g^-1; 当电流密度从0.2 A·g^-1增加到10 A·g^-1时, 复合电极材料电容保持率高于72.6%; 在电流密度为10 A·g^-1下进行恒流充放电循环测试10000次后, 其比电容仍然保持为初始比电容的93%, 表明该复合电极材料具有良好的倍率性能和循环稳定性能。3D rGO/NiO复合电极材料具有比纯NiO或rGO更优异的电化学性能。     

三维石墨烯的可压缩性能及在超级电容器中的应用

以氧化石墨烯为原料,通过水热反应和高温焙烧过程制备了三维石墨烯柱状体材料。采用机械力学测试方法分析三维石墨烯的可压缩性能,将其作为超级电容器的电极材料测试其电化学性能。结果表明,三维石墨烯呈多孔网状结构,具有良好的可压缩性能和机械性能。电极片厚度为2 mm,铝塑外包尺寸为5 cm×6 cm的对称超级电容器在电流密度为0.1 A/g下比电容为175 F/g,在电流密度为1 A/g下充放电循环10 000次后比电容保持率为81.9%。在加载不同大小压力压缩状态下,其保持了良好的电容性能。