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。     

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%。     

生物质基多孔碳在超级电容器中的应用进展

介绍了近期国内外生物质多孔碳的最新研究进展,并对以生物质作为前躯体制备多孔碳材料的制备方法、孔结构的控制以及微观形貌的调控等进行了综述,并对其在超级电容器中的应用情况进行了总结和展望。     

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。     

含杂原子多孔炭的制备及其超级电容性能北大核心

电极材料的比表面积、孔道结构及孔径分布、杂原子等都是影响超级电容性能的重要因素。本研究以间氨基苯酚为原料,与甲醛反应制备聚苯并噁嗪微球(APFs),经KOH活化处理并高温炭化后,得到能够用于超级电容器的含杂原子多孔炭。采用SEM、BET、XRD和XPS等对样品的形貌、比表面积、石墨化程度和表面官能团进行测定,并借助循环伏安法、恒电流充放电测试法和交流阻抗法对样品的电化学性能进行探究。结果表明,所制备的CAPFs-700-2材料具有丰富的孔道结构,且比表面积高达3188 m^(2)/g。此外,CAPFs-700-2表现出优异的超级电容性能,在电流密度为0.5 A/g时其比电容达到228 F/g,在5000次循环后其比电容保持率仍为90.2%,表现出良好的倍率性能和循环稳定性。     

纳米木质素基多孔炭的制备及其电化学性能

基于绿色低共熔溶剂（DES）高效分离麦草生物质组分以制备纳米木质素（LNP）,本文采用化学活化法并进一步热解炭化制备纳米木质素基多孔炭（LNPC）。借助SEM、Raman、BET-物理吸附等分析手段研究了锌系活化剂及热解炭化温度（600℃、700℃、800℃）对LNPC的结构特征及电化学性能的影响。研究结果表明,相对于LNP直接热解炭化后纳米碳粒子的极易团聚,经锌化物活化后所制备的LNPC表现出更好的分散性和多级孔道形貌结构。尤其,以ZnCO₃活化后制备的LNPC-ZnCO₃-800具有更突出的性能,较高石墨化程度（I_D/I_G为0.68）、较高BET比表面积（679m²/g）、高介孔率（86.7%）、均匀纳米碳粒子构成的介孔结构。此外,以LNPC-ZnCO₃-800制备的工作电极,在0.5A/g时的比电容可达179F/g,与直接热解炭化的LNPC-800（64F/g）相比,其比电容的容量提高了180%。     

以废弃梨子为原料制备蜂窝状多孔炭材料及其电化学性能研究

一些先进的碳纳米材料在超级电容器中的实际应用仍然受到资源稀缺和成本高的阻碍.通过化学转化可再生和丰富的生物质为碳基电极材料的经济和可持续利用提供了良好的机遇.本实验以废弃梨子为前驱体,KOH为活化剂,在700℃下合成蜂窝状分级多孔炭材料.以废弃梨子为前驱体合成的多孔炭材料显示出较高的比表面积及良好的电化学性能.     

纤维素基多孔炭的制备及其用于CO2吸附与分离的研究

多孔炭被广泛用于气体吸附与分离、空气和水的净化、催化等领域。以生物质为原料制备多孔炭将为开发功能多孔材料提供一种绿色、可持续的路径。总结了近年来以纤维素为原料合成多孔炭的研究进展,并着重介绍了纤维素基多孔炭在CO_2吸附与分离等领域的应用。     

混合盐模板法制备超级电容器用氮掺杂分级多孔碳纳米片

分级多孔碳在电化学储能方面展现了巨大的潜力。模板与活化法相耦合是制备分级多孔碳最有效的方法之一。然而,该方法使用强酸和强碱,对环境造成污染。因此,开发一种无酸无碱制备分级多孔碳的方法迫在眉睫。以氯化钠和碳酸钠混合盐为模板,煤沥青为碳前体,碳酸钾为活化剂,合成了氮掺杂分级多孔碳纳米片（NHCNs）。模板与活化剂可以通过水洗除去,无需使用强酸和强碱,该工作为合成分级多孔碳纳米片提供了一种无酸无碱的技术。合成的NHCNs具有大的比表面积（1597 m²·g^-1）、丰富的微/中孔、适量的氧和氮杂原子。这些独特结构赋予NHCNs电极优异的超级电容性能。在KOH电解液中,NHCNs电极显示了高的比电容和好的循环稳定性。     

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。     

分级多孔碳的制备及其在超级电容器中的应用

超级电容器因其高功率密度、超高速充放电、高稳定性等突出特点在电化学储能装置中引起人们极大关注.在当前开发的电极材料中,碳材料因其良好的导电性、孔隙率及形貌可调等特点备受青睐.传统的单一微孔碳材料具有较大的比表面积,但存在利用率低、孔道堵塞、电阻较大等问题.针对上述问题,研究人员对分级结构多孔碳材料开展了广泛的研究.本工...     

板栗壳生物炭高性能对称性超级电容器电极材料的制备及性能

以板栗壳为碳源（CC）,经700℃炭化（CC700）后采用ZnCl₂活化,成功制备了高性能的超级电容器电极材料（CC700-Zn）。对电极材料的形貌和性能进行测试,发现CC700-Zn具有3D孔道网络结构,比表面积达813.9m2/g,这种具有高比表面积的孔道结构为电子传输提供了通道。三电极体系中,1A/g时比电容可达506F/g,经过10000圈的循环之后其比电容仍能保持初始值的91%;二电极体系中,用CC700-Zn组装的对称性电容器在1A/g下的比电容为118F/g,CV的扫描速率可增大至220mV/s,电势窗宽0~6V。功率密度为900W/kg时,能量密度为53.1W·h/kg,当功率密度增加至27000W/kg时,能量密度仍可保持27W·h/kg。表明用板栗壳作为碳源制备对称性超级电容器电极材料是可行的。     

法国梧桐枯叶基活性炭的制备及其在超级电容器中的应用

以生物质法国梧桐枯叶为原料,将炭化的枯叶通过KOH化学活化处理,制备法国梧桐枯叶基活性炭（PLAC）。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量色散谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、氮气吸脱附对法国梧桐基枯叶活性炭的形貌、成分、比表面积、孔径分布等进行表征;运用三电极电化学体系,通过循环伏安,恒流充放电,循环稳定性测试,电化学阻抗谱分析法国梧桐枯叶基活性炭的超级电容器电极性能。结果显示,在800℃下碳化,通过KOH活化处理的法国梧桐基活性炭制备的电极,在1 A·g^-1电流密度下,比电容达到266 F·g^-1。电极在5 A·g^-1的电流密度下循环2000次后,比容量仍保留 97.0%,展示出良好的电极性能。     

用过期切片面包制备环保超级电容器活性炭电极材料

考虑到世界上每天产生大量的过期面包等过期食品,以过期切片面包为原材料,经碳化、1 mol·L^-1 KOH活化并用稀盐酸中和及去离子水和乙醇洗涤后,制备了过期切片面包活性炭(EBAC)。对过期切片面包活性炭的表面形貌、物相结构、表面官能团、比表面积和孔径分布分别通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、氮气吸脱附(BET)进行了表征。在以3 mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,进行了活性炭电极材料的电化学性能测试。充放电曲线显示,在0.5 A·g^-1电流密度下,电极材料比电容达到352 F·g^-1;在5 A·g^-1的电流密度下循环1000次后,比电容保持在99.87%,展示出良好的循环稳定性。交流阻抗测试得到的Nyquist图和Bode图则近一步说明了过期切片面包活性炭具有良好的超级电容器性能。     

热解Ni/Co-ZIF-8制备碳纳米管桥连多孔碳及其在超级电容器中的应用

金属-有机骨架(MOFs)衍生碳材料具有丰富的孔道结构和超高的比表面积,在超级电容器等储能领域展现出巨大潜力。以环保型ZnO纳米球为模板,通过水热法制备核壳结构ZnO@Ni/Co-ZIF-8前体。将其在四种温度(700、800、900、950℃)下热解,获得不同形貌的Ni、Co及N掺杂的MOFs衍生碳材料Ni/Co-CN,并探究了煅烧温度对其储能性能的影响。结果表明,随着煅烧温度升高,Ni/Co-CN逐渐由多孔碳变为碳纳米管桥连多孔碳结构。当热解温度为900℃时,Ni/Co-CN-900的比电容最大。在1 mol/L的KOH电解液中对其进行循环伏安测试,曲线对称性良好,表明其具有优异的电化学可逆性。通过计算该过程电荷存储的电容贡献和扩散贡献占比可知,Ni/Co-CN的储能主要来自多孔碳的双电层吸附,少量来自N掺杂导致的法拉第反应。在0.5 A/g的电流密度下,Ni/Co-CN-900的比电容高达273.5 F/g。在10.0 A/g的电流密度下进行5000次恒流充放电后,其比电容保持率高达93.8%,展现出良好的电化学性能。     

热解Ni/Co-ZIF-8制备碳纳米管桥连多孔碳及其在超级电容器中的应用

金属-有机骨架(MOFs)衍生碳材料具有丰富的孔道结构和超高的比表面积,在超级电容器等储能领域展现出巨大潜力。以环保型ZnO纳米球为模板,通过水热法制备核壳结构ZnO@Ni/Co-ZIF-8前体。将其在四种温度(700、800、900、950℃)下热解,获得不同形貌的Ni、Co及N掺杂的MOFs衍生碳材料Ni/Co-CN,并探究了煅烧温度对其储能性能的影响。结果表明,随着煅烧温度升高,Ni/Co-CN逐渐由多孔碳变为碳纳米管桥连多孔碳结构。当热解温度为900℃时,Ni/Co-CN-900的比电容最大。在1 mol/L的KOH电解液中对其进行循环伏安测试,曲线对称性良好,表明其具有优异的电化学可逆性。通过计算该过程电荷存储的电容贡献和扩散贡献占比可知,Ni/Co-CN的储能主要来自多孔碳的双电层吸附,少量来自N掺杂导致的法拉第反应。在0.5 A/g的电流密度下,Ni/Co-CN-900的比电容高达273.5 F/g。在10.0 A/g的电流密度下进行5000次恒流充放电后,其比电容保持率高达93.8%,展现出良好的电化学性能。