超级电容器用生物质基多孔炭的研究进展（英文）

在最近的几十年中,超级电容器(SC)已在电化学能量存储设备中获得了更为重要的地位。SC为使用寿命长的能量存储设备提供了可观的功率密度和令人满意的能量密度,适用于多种应用。因此,这些装置的进一步发展依赖于提供合适,低成本,环境友好和丰富的材料作为SC的电极活性材料。在用于SC的电极材料中,活性炭表现出优异的性能。它们具有优异的电化学效率,高比表面积,高吸附性,可调节的表面化学性质,快速的离子/电子传输,低成本和丰富的特性,使其成为SC电极的最佳材料。如果从生物质前驱体制备活性炭,则可以协同增强这些优势。由于生物质为可再生来源,低成本,便捷的加工过程以及对环境的友好性,研究者们将注意力集中在生物质上。在本文中,试图全面了解作为电化学储能装置的SC的基本原理。然后,对各种来源的生物质进行分类和分析。最后,讨论了这些生物质前驱体作为SCs电极材料的应用和活化技术。     

模板法制备超级电容器用多孔炭的研究进展（英文）

多孔炭材料具有优良的电导率、高的比表面积以及优异的电化学稳定性,被广泛用于能量存储和转换领域。模板法被认为是制备具有良好孔结构和孔径分布炭材料最成熟的方法之一。本文归纳总结了模板法,包括硬模板(镁基、硅基、锌基、钙基)、软模板(常规软模板、离子液体、低共熔溶剂)、自模板(生物质、金属有机框架)制备超级电容器用分级多孔炭的造孔机制和构效关系;指出了模板法在炭材料孔结构调控方面存在的问题,并对未来的发展方向进行了展望。     

氧化煅前针状焦制备超级电容器用纳米多孔炭（英文）

经混酸HNO3/H2SO4氧化后,煅前针状焦(GNC)转化为两种中间体,根据中间体在水中的分散能力区分为水可分散部分和水不可分散部分。这两种中间体均可经KOH活化后制得纳米多孔炭材料。通过XPS、XRD、低温N2吸脱附和TEM表征表明,在相同的KOH用量下,所得纳米多孔炭的孔结构不同,主要是由于两种中间体在表面性质和微结构方面的差异所致。以6mol/L KOH为电解液,从水可分散中间体制得的多孔炭GNC-A10-3在40A/g下的质量比容量为248F/g,且倍率性能优异,C40/0.05为76%;而同样为3倍碱炭比时从水不可分散中间体制备的多孔炭GNC-R10-3在体积比电容上的电化学表现优于GNC-A10-3。     

高性能超级电容器用相互连接的中孔炭片的制备（英文）

以煤沥青为碳源,金属-有机框架化合物(MOF-5)为模板和辅助碳源,耦合KOH活化,制备了超级电容器用相互连接的中孔炭片状材料(IMCSs)。通过透射电镜、氮吸脱附、X射线衍射、X射线光电子能谱等技术对所得材料进行了表征。结果表明,所得IMCSs的比表面积介于860~1 046 m~2·g~(-1)之间。在优化的条件下,IMCSs在6 M KOH电解液中,0.05 A·g~(-1)电流密度下,其比容达到242 F·g~(-1)。由于IMCSs拥有可供离子快速传输的短的分级孔、可供离子吸附的大量的微孔和导电性好的相互连接的结构,因此,当电流密度增加到20 A·g~(-1)时,IMCSs的比容保持率为80.2%,显示了很好的速率性能。经10 000次循环充放电后,IM CSs的容量保持率仍达到94.2%,显示了优异的循环稳定性。此工作为合成高性能超级电容器用相互连接的中孔炭片提供了一个可行的方法,可以用廉价的稠环碳氢化合物,如,煤沥青和石油沥青为碳源。     

由煤沥青高效制备高性能超级电容器用多孔炭(英文)

在较低氢氧化钾用量的条件下,采用一步微波辅助KOH活化法由煤沥青成功制备出多孔炭材料。在KOH/沥青质量比为2∶1,采用30 min微波辅助KOH活化所得多孔炭(PC2-M)的比表面积达1 786 m2/g。在KOH、K2SO4、Na2SO4、Li2SO4水性电解液及四乙基四氟化硼酸铵盐/碳酸丙烯酯有机电解液中,研究了PC2-M电极的电化学性能。在6 mol/L KOH水性电解液中,在0.1 A/g的电流密度下,多孔炭电极的比容达267 F/g;在0.5 mol/L K2SO4中性电解液中,多孔炭电容器的能量密度高达12.0 Wh/kg,对应的功率密度为1 318 W/kg。因此,一步微波辅助氢氧化钾活化煤沥青是一种简单、高效且低能耗的制备超级电容器用高性能多孔炭的方法。     

超级电容器用生物质基多孔炭的研究进展

在最近的几十年中,超级电容器(SC)已在电化学能量存储设备中获得了更为重要的地位.SC为使用寿命长的能量存储设备提供了可观的功率密度和令人满意的能量密度,适用于多种应用.因此,这些装置的进一步发展依赖于提供合适,低成本,环境友好和丰富的材料作为SC的电极活性材料.在用于SC的电极材料中,活性炭表现出优异的性能.它们具有...     

多孔炭对超级电容器电荷存储的影响（英文）

由于具有良好的物理化学稳定性、高比表面积、可调的孔结构及优良的导电性,多孔炭广泛应用于超级电容器电极材料。它的电容性能与其比表面积、孔结构、表面杂原子、结构缺陷及电极结构密切相关。离子及表面积(有效表面)能够提供丰富的活性位点,而合适的孔结构有利于离子的传输和存储,因而共同影响着炭基电极材料的比电容和倍率性能。具有合适孔径分布、一定数量的离子传输通道及微孔/介孔比例,是提高超级电容器能量密度和功率密度的必要条件。此外,结构缺陷、表面杂原子及合理的电极结构设计对多孔炭基超级电容器的电容性能具有重要的影响。     

模板法制备超级电容器用多孔炭的研究进展

多孔炭材料具有优良的电导率、高的比表面积以及优异的电化学稳定性,被广泛用于能量存储和转换领域.模板法被认为是制备具有良好孔结构和孔径分布炭材料最成熟的方法之一.本文归纳总结了模板法,包括硬模板(镁基、硅基、锌基、钙基)、软模板(常规软模板、离子液体、低共熔溶剂)、自模板(生物质、金属有机框架)制备超级电容器用分级多孔炭...     

高性能超级电容器用高载量N掺杂层状多孔炭电极

在保持快速充/放电特性的同时,提高超级电容器的能量密度将极大地扩展其应用领域.本文以野生箩藦壳为碳源、ZnCl2为活化剂、NH4Cl)为氮源,通过一步法制备了氮掺杂层状多孔炭(NPCM)作为高性能超级电容器电极材料.该NPCM材料具有高的电导率、较高的离子可接触比表面积和快速的离子传输通道,显示出高质量比容量(457 ...     

用于高性能超级电容器电极的栓皮栎基多孔活性炭的制备

本研究以空腔细胞组成的栓皮栎为原料, KOH为活化剂制备了具有多孔结构的栓皮栎软木基多孔活性炭。以此方法制得的活性炭呈薄片状外形, 最大比表面积达到2312 m ²/g, 具有特殊的微孔-介孔结构。在呈碱性的KOH三电极体系中, 0.1 A/g电流密度时比电容达296 F/g; 两电极体系中, 5 A/g时的比电容达到201 F/g, 循环5000次后电容保持率达99.5%。在呈中性的Na₂SO₄两电极体系中, 电流密度0.5 A/g (174 F/g)至50 A/g (140 F/g)时电容保持率达80.5%, 倍率性能良好, 能量密度高达19.62 Wh/kg。     

超级电容器用含氮多孔炭电极材料的研究进展

概述了表面改性和本体富氮两种负载氮原子的方法及其优缺点,总结了经高温处理后炭材料表面含氮官能团(N-6、N-5、N-Q、N-X)的转化机制:氮原子最终以化学性质稳定的六圆环的形式出现(如N-6、N-Q、N-X),温度高于600℃时,N-5(Pyrrolic-N)通过扩环作用转变为N-6、N-Q、N-X。最后从法拉第氧化还原反应(产生赝电容)和电极的湿润性两方面归纳了表面含氮官能团对超级电容器电化学性能的影响,并展望了今后的研究方向。     

硝酸膨化改性对石油焦基活性炭超级电容器性能的影响

以KMnO₄为氧化剂, HNO₃为插层剂, 对石油焦进行膨化改性。以KOH为活化剂, 在碱碳比为3:1、4:1和5:1时, 将膨化石油焦制备成活性炭(产物标记为EAC-3、EAC-4和EAC-5); 作为对比, 按照相同碱碳比, 将未改性石油焦制备成活性炭(产物标记为AC-3、AC-4和AC-5)。采用TG、XRD、I₂吸附、N₂吸附、循环伏安和交流阻抗谱对石油焦和活性炭进行了表征。研究表明, 膨化改性使石油焦石墨微晶的晶面层间距由0.344 nm增加到0.359 nm, 微晶厚度由2.34 nm降低到1.61 nm; EAC-3和AC-5的比表面积分别为3325和3291 m²/g; 在0.5 mV/s的扫描速度下, EAC-3和AC-5比电容分别为448和429 F/g; 基于EAC-3的超级电容器具有更低的内阻和更好的功率特性。     

HClO4氧化对石油焦基活性炭超级电容器性能的影响（英文）

采用HClO4对石油焦进行氧化改性,按照碱碳比为3∶1的比例将改性石油焦活化成活性炭,产物标记为OAC-3。作为对比,按照碱碳比4∶1将石油焦活化成活性炭,产物标记为AC-4。采用XRD、I2吸附、N2吸附和循环伏安研究HClO4氧化对石油焦结构和产物活性炭性能的影响。结果表明,HClO4氧化将石油焦石墨微晶d(002)晶面层间距由0.344nm提高到0.353nm,同时将晶粒粒径由2.34nm减小到1.75nm。AC-4和OAC-3的比表面积分别为2 929和3 058 m2/g,在0.5 mV/s的扫描速率下,其比电容分别为361.3和392.7F/g;基于OAC-3的超级电容器具有更好的功率特性。     

高性能超级电容器用高比表面积、层次孔结构炭材料的简便制备(英文)

采用NaOH一步炭化-活化聚偏二氯乙烯(PVDC)简便制备出高比表面积、层次孔结构炭材料。该炭材料具有发达的微孔-中孔-大孔的层次孔结构,其比表面达到2 815 m·2g-1。独特的微结构使其在无机和有机电解液中都表现出高的比电容和优异的大电流性能。其在6 mol·L-1KOH电解液中以0.05 A·g-1电流充放电测得的比电容高达376F·g-1,电流密度增大到50A·g-1比电容还保持215 F·g-1。在有机电解液1 mol·L-1Et4NBF4/AN中的比电容也达到170 F·g-1(电流密度0.05 A.g-1),电流密度增大到20A·g-1比容量还保持124F·g-1。     

烟草基活性炭材料用于电化学超级电容器（英文）

烟草基活性炭(TAC)成功制备并用于超级电容器电极材料。由烟草出发,通过一步水热法,进而热解得到烟草基多孔碳(TPC),比表面积为111.25 m~2·g~(-1),孔容为0.11 cm~3·g~(-1),平均孔直径1.77 nm,在0.5 A·g~(-1)电流下,比电容为37 F·g~(-1)。通过碱活化得到TAC,具有较高的比表面积1297.6 m~2·g~(-1),大的孔容0.52 cm~3·g~(-1),和平均孔直径0.52 nm。在0.5 A·g~(-1)电流下,比电容可达148 F·g~(-1)。两电极体系下具有120 F·g~(-1)的比电容值,在1 A·g~(-1)下经过9 000次循环后,容量没有损失。     

钠离子电池负极用高性能沥青基富硫炭材料（英文）

以中温煤沥青为碳源,升华硫为硫源,经低温和高温两步热处理,成功制备了具有较高硫含量的硫掺杂沥青基炭材料。探究了炭化温度对材料组成、结构及电化学性能的影响。结果表明,随着炭化温度的升高,材料中硫含量明显减少;硫流失的同时,带来炭结构的变化,材料的比表面积和层间距逐渐增大。其中800℃炭化的材料(SC-800)硫含量达到20.19 wt.%,层间距为0.368 nm,在0.1 A/g的电流密度下,储钠首次可逆容量高达482.8 mAh/g;在0.5 A/g和5 A/g的电流密度下,循环500圈和1 000圈后,仍然保持245.9和103.7 mAh/g的比容量。SC-800优异的电化学性能归因于高硫含量、较大的层间距和合适的孔道结构。     

自生模板法制备多孔炭材料及其超级电容器性能

以柠檬酸锌为前体,利用碳化过程中产生的ZnO作为模板,制备了具有高比表面积和丰富孔道结构的多孔炭材料,系统研究了碳化温度对所得材料比表面积、孔体积及超级电容器性能的影响。结果表明:随着温度的升高,比表面积增大,孔容增大,多孔炭材料的电容性能也相应提高,在碳化温度为1273K时,所得炭材料(Zn C1273)的比表面积高达1763m2/g,孔容为3. 08cm3/g。利用1. 0mol/L四乙基四氟硼酸铵的乙腈溶液为电解质,所得炭材料作为电极应用于超级电容器,在0. 5～20A/g高电流密度下的容量保持率为93. 2%。     

二氧化锰基超级电容器的电荷储能机理研究进展（英文）

碳基材料(如碳纳米管、石墨烯和介孔碳)是典型的电化学双电层超级电容器电极材料。虽然碳基材料表现出优异的电化学稳定性能,但其比电容较低。因此,常用赝电容材料与其复合。赝电容材料中,二氧化锰(MnO_2)因理论比电容高、价格低、储量丰富和环境友好等特点,被广泛应用于超级电容器中。然而,MnO_2导电性能差、在循环充放电过程中相转变严重和体积变化大等问题,导致其在实际应用中常表现出较低的比电容。为了研发高性能MnO_2/碳基超级电容器,必须深入研究其储能机理。因此,本文分析和总结了4种MnO_2材料的电荷储能机理:电解液阳离子的表面吸附机理、电解液阳离子的嵌入-脱出机理、隧道储能机理和电荷补偿机理。虽然电荷补偿机理是涉及阳离子预先插入的MnO_2(A_xMnO_2)材料,但4种机理的本质都是Mn~(3+)和Mn~(4+)之间的相互转化,且由于储能过程复杂,MnO_2基超级电容器储能过程常是几种机理共同作用的结果。最后,对高性能MnO_2/碳基超级电容器的前景进行了展望,对其面临的主要挑战和发展策略进行了总结。     

基于海藻制备超级电容器用三维多孔石墨烯

以海藻作为固相碳源,利用海藻对金属离子具有吸附性能的特点,在未进行生物质材料改性的条件下,实现海藻生物质材料对催化剂金属离子的均匀吸附.本文结合原位高温金属催化和化学活化的方法制备三维多孔石墨烯,并研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能.通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱、氮气吸附等手段对三维多孔石墨烯的形貌与结构进行表征分析.研究结果表明,制备的三维多孔石墨烯具有片层状三维网络结构,且片层较薄,并具有较高的石墨化程度,其比表面积达到1 700 m~2/g,孔径分布主要在2~10 nm.以该三维多孔石墨烯材料作为超级电容器电极材料,进行电化学性能表征,发现在较低的电压扫速下得到的比电容量为90 F/g,同时,该材料还具有较高的能量密度和功率密度.以海藻为固相碳源制备得到的三维多孔石墨烯材料在超级电容器领域具有一定的应用前景.     

KOH活化法制备双电层电容器用高性能活性炭（英文）

以一种各向同性沥青为原料,通过不同恒温时间制备了具有不同软化点的两种中间相沥青,而后直接用KOH活化获得活性炭。考察了中间相沥青软化点对所得活性炭结构的影响,研究了以所制活性炭为电极材料的双电层电容器的性能。结果表明:两种中间相沥青的软化点分别为280℃和330℃,所得活性炭的比表面积分别为1337m2·g-1和1300m2·g-1。以两种活性炭为电极材料的双电层电容器在放电电流密度为50mA/g时的比容量分别为190.8F·g-1和255.6F·g-1。循环伏安测试表明:较低软化点中间相沥青制备的活性炭电极材料具有较好的矩形形状。