煤基石墨烯/炭纳米纤维复合材料的制备及其电化学性能

作为一种高性能新型储能器件,超级电容器具有功率密度高、充电时间短、绿色环保等诸多优点,决定超级电容器性能的关键因素是电极材料的性能。以煤为原料,通过高温热处理、化学氧化及等离子体还原技术制备得到煤基石墨烯;进一步将煤基石墨烯与聚丙烯腈(PAN)通过静电纺丝技术复合制备得到煤基石墨烯/炭纳米纤维(PM-CG)复合材料,以期借助于石墨烯所具备的高导电性、电子迁移率等性能获得具有优良电化学性能的电极材料。采用物理吸附仪、扫描电镜以及透射电镜等仪器对所制备的炭纳米纤维进行了表征,并通过电化学工作站研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明,煤基石墨烯成功掺杂到炭纳米纤维中,所制备的PM-CG复合材料在6 mol/L KOH电解液中的比电容值可达225.1 F·g~(-1),是同样条件下纯PAN炭纳米纤维比电容值的2.57倍。     

中国科大设计出一种高性能超级电容器电极材料

正近日,中国科学技术大学教授朱彦武课题组开发设计了一种三维分级多孔碳材料,作为超级电容器电极时,展示出优异的电化学储能行为。朱彦武团队前期通过氢氧化钾活化微波剥离的氧化石墨烯,制备出优异的超级电容器碳电极材料,但密度相对较低。基于前期工作,该团     

石墨烯在超级电容器电极材料中的应用

石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物理性质,如高电导率、高比表面积等,是目前最具潜力的超级电容器的电极材料之一。本文综述了石墨烯作为超级电容器电极材料的研究进展,包括石墨烯的改性与结构设计、石墨烯与赝电容电极材料复合(如金属氧化物和导电聚合物)、石墨烯与其他炭材料复合等。并对石墨烯应用到超级电容器电极材料中存在的问题展开了讨论。     

煤基多孔炭的制备及其在超级电容器中的应用

以新疆煤为原料,采用水蒸气活化一步法制备出多孔炭材料,考察了活化时间和原料粒度对活化过程的影响,对比了活化前脱灰和活化后脱灰的优劣.结果表明,活化时间以120min为宜,原料粒度在150μm~180μm时较优,活化后比表面积高达1 300m~2/g,收率为30%.样品脱灰适宜在活化后进行.将所制备的多孔炭材料应用于超级电容器,考察了其电容性能.结果表明,在6mol/L KOH电解液中,三电极体系材料电容值可达149F/g.两电极超级电容器具有良好的长循环稳定性,30 000次循环后容量几乎无衰减.     

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...     

偏氯乙烯聚合物基多孔炭的制备及应用研究进展

叙述了以偏氯乙烯聚合物为碳源,通过高温直接炭化制备微孔为主的多孔炭,及炭化、催化活化和模板法制备中孔-微孔复合多孔炭的研究进展,归纳了影响2种新型多孔炭制备过程中炭材料孔隙的主要因素.介绍了偏氯乙烯聚合物基微孔和中孔-微孔复合多孔炭材料在超级电容器电极、催化剂负载和吸附分离等方面的应用.认为偏氯乙烯聚合物基多孔炭属新型...     

石墨烯超级电容器的研究进展及其应用

综述了石墨烯超级电容器的研究进展,包括石墨烯的制备、改性、与赝电容电极材料的复合,石墨烯超级电容器特殊结构的设计、电解液的选择、柔性超级电容器的制备等。在石墨烯超级电容器的实际应用中,主要介绍了石墨烯的生产现状、超级电容器的厂家及应用情况,并指出未来超级电容器的应用重点将从消费电子逐渐向混合动力电动车和新能源领域转移。     

三维筋撑石墨烯负载氧化锰的超级电容器

石墨烯基超级电容器,其功率密度较高,但能量密度受限。开发以三维石墨烯材料为载体的复合型赝电容多孔电极,是解决方案之一。本文采用铵盐辅助化学发泡法,制备了三维筋撑石墨烯泡沫体（SG）;以SG为载体,采用水热还原法在其表面生长二氧化锰（MnO₂）纳米棒阵列,从而构建了MnO₂/SG自支撑多孔材料。利用MnO₂/SG复合电极,组装了超级电容器,在0.5 A·g^-1的电流密度下,比电容达343.6 F·g^-1;经5000次循环,其容量保持率为83.8%;在500 W·kg^-1的功率密度下,其能量密度达11.93 W·h·kg^-1。因此,MnO₂/SG复合电极是一种性能优异的赝电容材料,在电化学储能领域有良好的应用前景。     

文摘

正电纺丝制备掺氮多孔炭纳米纤维布用作锂离子电池负极材料[刊,中]/楠顶,黄正宏,康飞宇,等//新型炭材料,2016,31(4):393-398选取聚丙烯腈和三聚氰胺为碳前驱体和氮前驱体,通过电纺丝和后续的炭化和水蒸气活化过程,制备了一种具有自支撑结构,无需任何导电剂和粘结剂,直接用作电极的用于锂离子电池负极的掺氮多孔炭纳米纤维布。结果表明,此多孔炭纳米纤维布具有无纺交联的纳米纤维形态、独特的微孔结     

石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的研究进展

非对称超级电容器(ASCs)因电化学性能更为优异而成为近几年来的研究热点,石墨烯作为一种新颖的二维碳材料,具有比表面积大、导电性高、力学性能好和化学稳定性优异等优点,是非对称超级电容器复合电极的一类理想载体材料。本文综述了近几年来石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的应用状况,认为比表面积更大、导电性更好的石墨烯将会促进石墨烯基复合电极在超级电容器中的应用与发展,也会提高石墨烯基非对称超级电容器的性能。指出将金属氧化物、导电聚合物、金属氢氧化物以及金属硫化物纳米化,使之兼具大的有效面积、丰富的氧化还原活性位点等特点,从而提高复合材料的比电容,是石墨烯基复合电极的研究重点。     

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。     

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。     

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。     

石墨烯/聚吡咯复合电极材料超电容性能研究进展

分析了目前石墨烯和聚吡咯(PPy)用作电极材料的不足,详细介绍了近年来超级电容器用石墨烯/PPy复合电极材料的研究进展,指出石墨烯/PPy复合材料在能量转换和存储领域的未来发展方向.     

应用于超级电容器电极材料的石墨烯复合材料研究进展

石墨烯作为一种新型的纳米材料,具有优良的导电性和较大的比表面积,可作为超级电容器电极材料使用。但在使用过程中,其体积易发生膨胀或收缩,而将石墨烯与其他材料进行复合制备出石墨烯复合材料,则有利于克服这一缺点。本文详细介绍了目前几种典型的用作超级电容器的石墨烯复合材料各自的特点和制备方法,主要包括石墨烯/金属氧化物复合材料和石墨烯/聚合物复合材料,对石墨烯复合材料在超级电容器方面的研究进展进行了评述,并对石墨烯复合材料的未来的应用前景和研究方向进行了展望。     

石墨烯基材料在超级电容器中的研究进展

超级电容器作为一种新型的储能器件,具有广泛的应用前景。石墨烯基材料表现出优异的电化学性能,在超级电容器电极材料方面具有潜在的应用价值。文章简单对石墨烯/碳,石墨烯/金属氧化物,石墨烯/导电聚合物等三类石墨烯基超级电容器电极材料进行简单论述。     

新型煤基微晶炭的制备及电容特性研究

超级电容器具有广泛的应用领域,但由于传统活性炭在能量密度和导电性方面不能充分满足社会对超级电容器的需求,严重限制了其在大型储能装置中的应用。因此,研发具有更高储能性能的材料具有重要意义。本文以资源丰富的太西无烟煤为前驱体,采用预炭化-KOH活化联合工艺制备新型煤基微晶炭,并将其用作超级电容器电极材料。利用X射线衍射(XRD)、低温N_2吸附等手段表征煤基微晶炭的微晶结构及孔结构参数,并利用恒流充放电,循环伏安,交流阻抗等探究对应电极材料的电化学性能。结果表明,煤基微晶炭含有大量较为完整的类石墨微晶结构,且随着碱炭比用量的增加,类石墨微晶结构被逐步破坏,其层间距d_(002)由0.391 5 nm逐渐增至0.405 9 nm。在碱炭比4∶1、活化温度800℃、活化时间为2 h的条件下,可制备出比表面积为928 m~2/g、总孔容为0.527cm~3/g、中孔率为26.46%的微晶炭。将该煤基微晶炭用作电极材料在以1 mol/L(C_2H_5)_4NBF_4/PC为电解液的超级电容器中,表现出优异的电化学性能:50 m A/g的电流密度下比电容为94.8 F/g,能量密度可达40.3 Wh/kg,在500 m A/g电流密度下1 000次循环后比电容保持率为87.3%,具有良好的循环稳定性,并且在阻抗曲线中体现出更小的离子扩散阻力和内部阻抗。首次充电过程中充电曲线发生折转,发生了"电活化"现象。这时,微晶炭片层周围的电解液离子和溶剂分子进行插层作用,利用片层空间充分储存电子以提高能量密度。煤基微晶炭的电容特性主要由插层电容和双电层电容2部分组成,其中"电活化"现象所造成的插层电容是决定微晶炭较高能量密度的主要原因。新型煤基微晶炭优异的电化学性能与其微晶结构和丰富的孔隙结构密切相关。     

沥青基多孔炭材料的制备及在超级电容器中的应用进展

沥青是由富含稠环芳烃的系列碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物，具有较高的碳含量。开发沥青作为炭材料前体，用于制备超级电容器炭电极材料，既拓展了沥青的应用市场及提升其附加值，更是响应国家对于新型能源利用的需求。本文首先对超级电容器的储能机理进行了阐述，探讨了影响超级电容器用炭材料电化学性能的结构因素及规律，概述了沥青的组成、结构模型、来源及其应用。然后综述了沥青基多孔炭用作超级电容器电极材料的研究进展，并对活化法、模板法及熔盐法等方法制备沥青基多孔炭的特点与进展进行了分析，着重对沥青基多孔炭材料的改性研究进行了总结。最后指出了沥青基多孔炭材料作为超级电容器电极材料的发展优势及不足，建议对沥青原料进行预处理联合炭化后脱除金属杂原子，以获得稳定长循环寿命的电容炭；加强对沥青中四组分炭化成炭规律的研究，以提高沥青基超容炭材料的成炭率；KOH活化法与其他活化方法相结合，以期在获得高性能活性炭基础上减少对设备的损耗与环境的影响。     

3D石墨烯/导电聚合物气凝胶复合材料在超级电容器中的研究进展

分析了近年来超级电容器电极材料尤其是3D石墨烯/导电聚合物气凝胶复合电极材料在超级电容器方面的研究进展,详细介绍了目前3D石墨烯气凝胶的制备方法,总结了3D石墨烯/导电聚合物气凝胶复合材料的不足和在存储领域的发展方向.     

电纺聚丙烯腈基碳纳米纤维在超级电容器中的应用

静电纺丝法制备聚丙烯腈（PAN）基纳米纤维具有较大的比表面积、较高的机械强度、优异的纳米结构及良好的化学稳定性。以PAN纳米纤维为基础,进行多方位设计与合成的电极材料在超级电容器中表现出优异的电化学性能,具有广阔的应用前景。本文根据电极材料分类,主要综述了近年来PAN基多孔结构电极材料、杂原子掺杂电极材料以及与碳系材料、导电聚合物、金属氧化物复合等电极材料的研究进展;讨论了电极材料的结构特征、制备方法及其提高电化学性能的原理;最后指出了上述研究中存在的问题,并对未来PAN基电极材料在超级电容器的发展前景进行了展望。