紫菜衍生的氮掺杂分级多孔炭制备及其超级电容性能

紫菜不仅廉价易得,而且富含蛋白质。以紫菜为原料,提供炭源和氮源,先预炭化获得粗炭,再以KOH活化造孔实现氮掺杂分级多孔炭材料的制备。当KOH与粗炭比为2∶1时所获得的氮掺杂多孔炭材料(NDHPC-2)具有最丰富孔隙和最佳蜂窝状分级孔结构,其比表面积高达1975.2m²/g,介孔占比41.2%,掺氮原子含量4.3%。此外,电化学测试表明,三电极体系中NDHPC-2的最大比电容为185.4F/g,同时兼具良好倍率性能、库仑效率和循环稳定性。基于此炭材料,进一步组装了NDHPC-2//NDHPC-2对称超级电容器,单个器件最大能量密度为6.7Wh/kg,并依旧保持了出色的倍率性质、库仑效率和反复充放电稳定性。比如在10A/g高电流密度下连续充放电10000次,整个实验过程的库仑效率始终接近100%,电容损失亦几乎可忽略不计。无论三电极还是两电极体系,NDHPC-2多孔炭材料的超级电容性能均可媲美甚至超过许多已报道的生物质多孔炭材料的电化学表现,展现了较好的储能优势和实际应用潜能。     

N/S共掺杂多孔炭材料的制备及在超级电容器中的应用北大核心

以蚕丝氨基酸为炭前驱体和杂原子源,经过KOH活化制备了一系列多孔炭材料,经过扫描电镜和X射线衍射等方法对炭材料进行了结构表征;将其作为超级电容器电极材料,并对其电化学性能进行测试。结果表明,经过活化后的炭材料具有无定形结构;在最佳条件下制备的炭材料SA-3具有较高的比电容,在电流密度1 A·g^(-1)时比电容高达230 F·g^(-1),经过5 000次充放电循环测试后电容仍能保持99%以上,交流阻抗结果显示炭材料具有较小的内阻,意味着在超级电容器中的应用具有良好的电荷存储潜力。     

纤维素基生物质多孔炭的制备及其超级电容器性能研究

以棉纤维素为原料,采用硝酸盐、尿素、纤维素共混后热裂解的方法制备分级多孔炭HPC样品,通过改变煅烧温度和KOH活化处理对多孔炭比表面积及孔结构进行调控。对比三个不同温度煅烧活化处理后样品的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器工作电极具有优良的电化学性能,其比表面积高达2433.8 m²·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下比容量高达234.7 F·g^-1,在大电流密度10 A·g^-1时依然有207.6 F·g^-1的比容量,具有良好的倍率性能;电极在2 A·g^-1的电流密度下循环10000次后依然有196.1 F·g^-1的比容量,表明其具有长时工作的特性。     

纤维素基生物质多孔炭的制备及其超级电容器性能研究

以棉纤维素为原料,采用硝酸盐、尿素、纤维素共混后热裂解的方法制备分级多孔炭HPC样品,通过改变煅烧温度和KOH活化处理对多孔炭比表面积及孔结构进行调控。对比三个不同温度煅烧活化处理后样品的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器工作电极具有优良的电化学性能,其比表面积高达2433.8 m²·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下比容量高达234.7 F·g^-1,在大电流密度10 A·g^-1时依然有207.6 F·g^-1的比容量,具有良好的倍率性能;电极在2 A·g^-1的电流密度下循环10000次后依然有196.1 F·g^-1的比容量,表明其具有长时工作的特性。     

氮掺杂多孔炭材料的制备及其电容行为研究

氮掺杂多孔炭材料作为电荷存储和电子传输载体,在储能、催化等领域有重要应用,已成为炭材料领域的研究热点之一。通过煤沥青分子结构设计,引入具有亲水性羧基官能团,利用羧基与氮原子配位作用,成功制备了不同微观结构和表面形貌特征的氮掺杂炭材料。实验研究表明,氮掺杂多孔炭材料氮的质量分数为4.99%,氮的化学键合态以石墨氮(N-Q)和吡啶氮(N-6)为主,占比为72.9%。氮原子的引入,显著提升炭材料的电化学性能。在1A·g~(-1)电流密度下,电极材料的比容量为371.6 F·g~(-1),当电流密度增加到10 A·g~(-1)时,比容量为269 F·g~(-1),容量保持率为72.4%。     

超级电容器用生物质衍生多孔炭材料研究进展

能源消费增加促使绿色能源开发成为趋势,同时推动能源存储系统快速发展,超级电容器以高功率密度和长循环寿命的优势得到广泛关注,其中电容炭材料逐渐成为研究热点。用来源广泛、有可再生性、价格低廉、绿色环保的生物质制备超级电容器用多孔炭材料,在开发绿色能源的同时解决了能源存储问题。多孔炭材料结构调控与性能完善是提高超级电容器性能的重要途径之一。综述了生物质衍生多孔炭材料及其在超级电容器领域的应用,按原料来源(植物、动物和微生物)及材料维度(0D、1D、2D和3D)的分类体系,多孔炭材料制备方法及技术现状。将多孔炭的制备分为炭化和活化,简述了炭化与活化机理、活化方式选择和常见活化剂特性,但生物质衍生多孔炭材料制备过程中影响因素多,且性能不及传统煤基碳材料,需进行多方面设计优化,包括选择生物质前驱体、合理使用炭化技术、调控活化过程各影响因素和选择改性过程中掺杂物等。基于在超级电容器领域的应用需求,重点探讨生物质多孔炭材料优化方式,包括孔结构调控、表面元素掺杂及与石墨烯复合形成新型炭材料等。梳理多孔炭材料用于超级电容器中时的难题与重点,通过寻找多孔炭材料在高比表面积、均匀孔隙分布和高导电性3方面的最优...     

分级多孔炭的制备及其电化学性能研究

以间苯二酚和甲醛为前驱体,原位合成的Mg(OH)2为模板剂,KOH作为催化剂、沉淀剂、活化剂,一步法合成具有小/中/大孔的分级多孔炭。使用扫描电镜、透射电镜、氮气吸附、X射线衍射对样品的结构进行表征。通过恒流充放电、循环伏安、电化学阻抗谱,测试样品在1mol/L的(C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯(Propylene carbonatePC)电解液中的电化学性能。结果表明,随着KOH对间苯二酚用量的增加,材料的比表面积和孔容先增大后减小,其最大值分别为1300m2/g和0.89cm3/g。该材料具有良好的容量性能和功率性能,在电流密度0.1A/g时,最高质量比电容可以达到116F/g;当电流密度增大到5A/g时,电容保持率为78%。     

KOH活化中间相炭微球及其在超级电容器中电化学性能的研究北大核心

以中间相炭微球为原料,采用氢氧化钾为活化剂,制备出具有高比表面积、高孔容的活性炭微球,并将其组装成超级电容器,对其进行电化学性能测试。结果表明,制备的活化微球KM900,其比表面积达到1861.0 m^(2)/g,微孔孔容达到0.802 cm^(3)/g。同时,该材料在0.5 A·g^(-1)的电流密度下比电容可达348.2 F·g^(-1),在10 A·g^(-1)的高电流密度下还保持208.0 F·g^(-1)的比电容,容量保持率为59.7%。本实验也充分说明了中间相炭微球作为超级电容器用活性炭的原料能发挥出高容量、高倍率性能的特点。     

多孔淀粉基炭微球的制备及其在双电层电容器中的应用

通过简单的无机盐磷酸氢二铵催化稳定化、炭化及不同碱炭比KOH活化制备了高比表面积的多孔淀粉基炭微球材料。采用电子扫描显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）及N₂吸脱附测试对实验所制得的炭微球样品的形貌及孔结构进行了分析。结果表明：不同KOH碱炭比制备的多孔淀粉基炭微球材料具有较大的比表面积（﹥2 300 m²/g）,且均含有大量的大孔和微孔,在6 mol/L的 KOH电解液对称的双电层电容器中多孔淀粉炭材料表现出优异的电化学性能,在100 A/g的大电流密度下,炭微球电极材料具有最大的质量比电容高达248 F/g。     

纳米多孔炭球的制备及应用进展北大核心

概述了纳米多孔炭球(NCS)材料的合成方法,包括硬模板法、软模板法、乳液聚合法、共沉淀法等;介绍了NCS在超级电容器、吸附、催化剂载体、锂电池负极材料和医学等领域的应用;阐述了该领域面临的机遇和挑战,指出了未来NCS材料的研究和应用方向。     

多孔淀粉硬炭负极材料的制备及性能研究北大核心

以淀粉为原料,采用酶化水解法制成多孔淀粉,进一步高温炭化后制备多孔淀粉硬炭。通过XRD、拉曼光谱、SEM分别表征了酶化多孔淀粉硬炭与未酶化淀粉硬炭的微观结构及形貌。通过电化学性能分析表明,酶化多孔淀粉硬炭具有高首次可逆放电容量、高首次库伦效率、优异的倍率充放电及循环性能。生物质淀粉硬炭原料价格低廉、制备过程环境友好,有望在锂离子电池领域得到应用。     

KHCO3一步活化法制备高含氧量褐煤基超级电容器多孔炭球

作为富含含氧官能团的有机大分子,褐煤被认为是制备富氧多孔炭材料的天然前驱体。对褐煤进行酸洗氧化改性进一步增加其氧含量得到酸洗氧化褐煤(OAWSL),以KHCO₃为活化剂,在高温下分解并与碳反应生成大量气泡,气泡穿透碳层逸出形成大量孔隙,并鼓泡形成了独特的球状表面,得到了多孔炭球。同时探究了KHCO₃添加量对多孔炭结构和作为超级电容器电极材料时电化学性能的影响。研究发现,酸洗氧化褐煤与KHCO₃质量比为1∶3时得到的多孔炭球具有最均匀球状结构、最大微孔占有率(90.88%)和最高氧含量(22.17%)。以该多孔炭球为电极材料,在以6 mol/L KOH为电解液的三电极体系中得到了323 F/g的比电容(0.1 A/g),组装的超级电容器最大能量密度为6.17 W·h/kg,在2 A/g电流密度下循环20 000次后电容保持率为96%,库伦效率保持100%,可为褐煤基富氧多孔炭材料的制备提供理论支撑。     

碳(炭)材料与超级电容器

多孔碳(炭)材料是用来制造超级电容器电极的理想材料之一．特别是中孔(≥nm)丰富的多孔碳(炭)材料,最适合制造超级电容器的电极．     

新型多孔炭的制备及其储锂性能

以竹笋为原料炭化获得生物质炭,再用氢氧化钾活化得到多孔生物质炭,采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和氮气物理吸附等方法对多孔生物质炭的微观结构和形貌进行了表征。以此多孔生物质炭作负极材料探究其电化学性能,结果表明在1 000 mA/g电流密度下,材料的首次充电比容量为286.9 mA·h/g,循环50次后充电比容量保持在201.8 mA·h/g,循环500次后充电比容量仍有221.5 mA·h/g,表明此多孔炭材料具有优良的电化学循环性能,使其有望成为具有竞争力的锂电池负极材料。     

氮掺杂多孔碳的制备及其电容性能

氮掺杂多孔碳(NPC)电极材料具有特殊的多孔结构,导致其比表面积高,化学稳定性好,同时电容性能良好,然而导电性差,能量密度低等因素也限制了其实际应用。以天然产物为碳源,经高温热解产生碳化残渣,将这些残渣经筛分,与氢氧化钾和三聚氰胺一起混合、研磨,然后再经过高温焙烧、洗涤、烘干后得到NPC样品。该样品外观为黑色粉末,在扫描电镜下观察其形貌呈现多孔状,氮元素含量达到6.45wt%。将NPC与乙炔黑、聚偏氟乙烯按8∶1∶1的质量比制成电极压片,可组装成对称型超级电容器。在两电极体系下,以6M KOH为电解液,通过恒电流充放电(GCD)和循环伏安(CV)测试表明:电流密度为0.1A/g时,组装的超级电容器的比电容达到145F/g,而且当功率密度为50W/kg时,能量密度可达到20Wh/kg。经1000次循环充放电后,其比电容仍然保持96.9%,库仑效率基本稳定在99%,说明NPC具有优良的电容特性和循环稳定性。     

含木质素纤维素/石墨烯多孔炭材料的制备及其氧还原性能研究北大核心

以含木质素纤维素纳米纤维(L-CNFs)和氧化石墨烯(GO)为前驱体,经冷冻干燥和高温炭化得到多孔炭材料C_(L-CNFs)/RGO/H_(2)O和C_(L-CNFs)/RGO/TBA。表征结果表明,当以叔丁醇(TBA)为溶剂时,炭化前后样品均保持良好的三维多孔结构;L-CNFs被炭化的同时GO被还原为石墨烯,炭化后样品的比表面积显著增加,最高为521.71 m~2/g。电化学性能测试表明,在碱性溶液中,多孔炭材料C_(L-CNFs)/RGO/TBA表现出良好的氧还原反应(ORR)催化活性,具有较高的起始电位(0.81 V)和半波电位(0.69 V)。     

多孔炭材料在超级电容器中的应用

本文较全面地论述了炭电极和超级电容器的工作机理和优点,讨论炭结构和表面对超级电热器电容量和放电速度的影响以及分析其对漏电流的影响,并介绍前人对多孔炭电极材料进行改良的方法,对目前所使用的活性炭粉、活性炭纤维、碳气凝胶、碳纳米管、纳米碳纤维等炭电极材料进行比较,讨论所存在的一些问题及对未来进行展望.     

层次多孔碳的制备及其电化学性能的研究

以间苯二酚-甲醛(RF)作为碳源,利用具有中空结构的聚苯乙烯球(PS)作为模板,在高温下碳化得到三维层次多孔碳。采用扫描电镜、循环伏安及恒流充放电等方法对其性能进行测试。结果表明,层次多孔碳在高倍率条件下具有优异的电化学性能。