间苯二酚/甲醛凝胶基多孔炭制备及性能研究

以常压下脱水干燥的间苯二酚(R)/甲醛(F)凝胶基树脂为前驱体,分别采用Na OH、KOH原位活化的方法制备出具有高比表面积、高比电容量的多孔炭材料。通过氮气吸附、循环伏安及恒流充放电等测试方法对多孔炭的结构与性能进行了表征。结果表明,KOH活化样品的孔结构比Na OH活化样品更发达,电化学性能更优异;KOH与RF凝胶质量比为2∶1时,活化制得的多孔炭比表面积达到1 974 m2/g;在7 mol/L KOH电解液中,KOH活化多孔炭的比电容最高达到266 F/g,在10 A/g的电流密度下容量保持率为70%以上。     

聚丙烯腈基活化炭纳米球电极材料制备及性能

采用无皂乳液聚合法合成粒径为200~220 nm的聚丙烯腈纳米球,将其依次经过冷冻干燥、氧化稳定化、炭化活化处理,制备出超级电容器用炭纳米球电极材料。采用扫描电子显微镜、低温N2吸附及红外光谱仪对其表面形貌、孔结构及表面基团等进行表征,并对其电化学性能进行了测试。结果显示,在聚合物前驱体与KOH的质量比为1∶4,活化温度为800℃,活化时间为1 h的条件下,所制备的活化炭纳米球电极材料比表面积达2 361 m2/g,总孔容达1.2cm3/g。其电极在3 mol/L的KOH电解液中的比电容达246 F/g,且具有良好的充放电性能,漏电流仅为0.041 mA。     

三维多孔炭制备及在电容器中应用

以磺化沥青为前驱体,聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）为软模板剂,经KOH活化后制备出具有大-中-微孔相结合的三维层次孔多孔炭材料,其比表面积可达2 796 m2/g,中孔比表面积占比60%,孔体积达到1.78 cm3/g。将其应用到双电层电容器（EDLCs）,在有机电解液体系中0.05 A/g的电流密度下比电容可达167 F/g,10 A/g时电容保持率达到84%;在离子液体电解液中0.05 A/g的电流密度下比电容可达174 F/g,10 A/g时电容保持率为78%。在10 000次循环测试后,在有机系和离子液体电解液中的电容保持率分别可达94%和82%。     

中孔脲醛树脂炭用作超级电容器电极材料

采用甲酸作为催化剂,以尿素和甲醛为原料,通过控制脲醛摩尔比例制备具有不同孔结构的脲醛树脂微球,并进一步碳化处理得到具有发达中孔的脲醛树脂基炭微球。采用扫描电镜、透射电镜、N2吸附手段对所得两种前驱体及碳化产品的形貌与孔结构进行了表征;采用循环伏安法和恒流充放电法,在质量分数30%KOH电解液中对其充放电性能进行了研究。结果表明,所制备的中孔炭BET比表面积达到609 m2/g,总孔容达到1.15 cm3/g。在50 mA/g的充放电电流密度下中孔炭样品UF0.4-800的比电容达到了205 F/g,电流密度10 A/g时与50 mA/g时比电容的比值C10 000/50为67%。说明具有丰富孔结构的脲醛树脂基炭微球是一种具备大电流充放电潜力的超级电容器电极材料。     

MnO_2/AMCMB复合电极材料的制备及超电容性能的研究

以KOH活化中间相炭微球(MCMB),通过KOH活化法制备了活性中间相炭微球(AMCMB),并以KMnO_4和MnSO_4为反应原料,用化学沉淀法合成了MnO_2/AMCMB复合材料。采用电子扫描显微镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)对样品的形貌和结构进行表征。通过循环伏安、电化学交流阻抗、恒流充放电等方法研究AMCMB和MnO_2/AMCMB电极在6 mol/L KOH电解液中,0~1 V的电容行为。结果表明:AMCMB成功地复合了MnO_2;AMCMB电极放电比电容为155.52 F/g,MnO_2/AMCMB复合电极首次放电比电容增大至198.36 F/g。     

嵌段共聚物对树脂基多孔炭电化学性能的影响

以间苯二酚(R)、甲醛(F)为原料,盐酸作催化剂,通过添加嵌段共聚物F127作致孔剂,利用溶液协同自组装和炭化处理制备多孔炭材料。采用扫描电镜、透射电镜和N2吸附分析不同F127加入量制得的多孔炭材料的形貌和孔隙结构,并利用直流充放电、交流阻抗技术和循环伏安法测定以上述多孔炭材料为电极的双电层电容器(EDLC)的电化学性能。结果表明:酸催化下的酚醛树脂基体网络结构在炭化过程中较好地保留了F127形成的微相结构,不同F127加入量制得的多孔炭材料比表面积在640～700 m2/g。F127/R为1.3时制得的多孔炭材料比表面积为701.2 m2/g,孔容为0.54cm3/g,其中中孔孔容0.362 cm3/g,中孔率达67.04%;在30%KOH电解质溶液中低电流密度(1 mA/cm2)充放电时的比电容为165 F/g,电流密度增大20倍,容量保持率为95%,经过5 000次循环,容量保持率达94%以上,具有良好的大电流充放电性能和循环性能。     

三聚氰胺树脂基炭用作电化学电容器电极材料

在600～900 ℃对三聚氰胺树脂仅经炭化不经活化处理,制备了含氮量为4.93%～45.88%的三聚氰胺树脂基炭.采用低温N2吸附、元素分析和X射线光电子光谱法(XPS)分别测定了三聚氰胺树脂基炭的比表面积和孔结构、元素组成和表面元素组成,并采用循环伏安和恒流充放电考察其电容特性.结果表明:三聚氰胺树脂基炭具有较小的比表面积(最大102.6 m2/g),在30%KOH水溶液中具有较好的电容特性.800℃热处理的样品CMF 801在25mA/g时具有185.7 F/g的最大质量比容量,单位面积比容量达到180.9 μ F/cm2,是普通活性炭的10倍;1 000 mA/g电流密度下的放电比容量达到142.4 F/g,并表现出较好的功率性能和循环稳定性.     

Co3O4的制备及电容性能的研究

用KOH作沉淀剂制备Co(OH)2前驱体,并用热分解法制备了Co3O4粉末,XRD表明所制备的Co3O4是立方相.采用循环伏安、恒流充放电等研究了样品的电化学性能.结果表明:Co3O4电极在5 mol/L KOH溶液中,0～0.4 V的电位范围内,电流密度为5 mA/cm2时,放电比电容可达300.59 F/g.     

以MgO为模板制备超级电容器用电极材料

以热固性酚醛树脂(PF)为炭前驱体,柠檬酸镁为模板MgO的前驱体,制备了中孔炭材料。结合N2吸脱附等温线及透射电子显微镜法(TEM)照片推断出所得中孔炭的孔结构为平行板型狭缝孔。将中孔炭材料用作超级电容器的电极材料,并在质量分数30%KOH电解液中对其进行循环伏安性能和恒流充放电测试。以MgO∶PF质量比8∶2制备的样品炭材料的比表面积为1 722 m2/g,在50 mA/g的电流密度下比电容为186.8 F/g。另外,以MgO∶PF质量比7∶3制备的样品具有合适的中孔比例,因而在高电流密度下表现出较好的倍率特性,C1000/C50(电流密度分别为1 000和50 mA/g时的比电容之比)达89.5%。     

淀粉基活性炭微球的制备及电化学性能研究

以马铃薯淀粉为前驱体,采用磷酸-水蒸气混合活化法制备具有良好孔径分布的淀粉基活性炭微球。采用扫描电子显微镜(SEM)和77 K条件下的N2吸附,对所得样品的形貌和孔隙结构进行表征,讨论不同活化处理时间对所得样品的孔隙结构的影响。将制备的淀粉基活性炭微球组装扣式两电极测试体系,在6 mol/L KOH电解液中对其进行循环伏安性能(CV)测试。测试结果表明,制备的淀粉基活性炭微球具有良好的倍率性能,在400 mV/s的扫描速率下,所有活化样品的循环伏安曲线均能保持矩形形状。在32.7 A/g的电流密度下,活化时间为80 min时所得的淀粉基活性炭微球的质量比电容为103 F/g。     

中空二氧化锰制备及其电化学性能研究

制备出两种形态的MnO_2,中空微球和中空微方,采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FES EM)、透射电子显微镜(HRTEM)和N2吸脱附对两种材料进行了表征,结果显示中空微球具有较小的粒径和较大的比表面积。将两种材料应用于电容器,中空微球具有更优异的电化学性能,在0.1 A/g电流密度下的比电容为263 F/g,当电流密度增大至5 A/g时,比电容为157 F/g,容量保持率高达60%。     

盐酸掺杂聚吡咯的电化学电容性能

在低温(0℃)下化学氧化合成了盐酸掺杂聚吡咯(PPY),观察了聚合物的结构和形貌;用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗法研究了聚合物的电化学电容性能。合成的PPY呈颗粒状,粒径约为0.2～0.3μm。当电流密度为8 mA/cm2时,PPY在1 mol/L Na2SO4溶液中的单电极比电容达350.2 F/g;当电流密度为10 mA/cm2时,第100次循环时的比电容为初始值的90.6%。     

超级电容器用葛根基活性炭的制备及性能研究

以葛根为原料,通过K2CO3/KOH混合碱活化方法制备了高比表面积电极材料活性炭,采用氮气吸-脱附、X射线衍射光谱法(XRD)、恒流充放电以及循环伏安法考察活性炭样品的表面性质、孔结构以及电化学性能,进一步考察了碱活化浓度、活化温度对活性炭的比表面积、孔结构和电化学性能影响。结果表明:活性炭的最佳碱炭比为3∶1,活化温度为800℃,比表面积最高达2700 m2/g,在6 mol/L的KOH电解液中,超级电容器法拉第比电容为325 F/g,具有很好的电化学性能。     

活性炭-聚苯胺混合电容器的电化学性能

低温下化学氧化合成了十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺(PANI),分别以聚苯胺和活性炭为电极材料组装成电化学电容器,采用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗技术研究混合电容器的电化学性能。结果表明,电流密度为6mA/cm2时混合电容器在1mol/LKCl溶液中比电容高达159.6F/g,100次循环后比电容为初始容量的92.9%,循环性能好,漏电流仅为0.14mA/cm2。     

废弃PLA基活性炭的制备及其电化学性能

生物质基活性炭具有绿色环保和比表面积大的优势，因而拥有良好的电化学性能。聚乳酸(PLA)是一种常见的生物质聚合材料，在一次性用品领域里每年会产生大量的废弃PLA。将废弃PLA作为前驱体，通过磷酸低温交联反应和KOH活化造孔，制备得到废弃PLA基活性炭。实验表明，磷酸的交联反应能够抑制焦油的产生，炭产率显著提高；碱炭比(质量比)为3∶1时，废弃PLA基活性炭具有典型的分层多孔框架，拥有最佳孔隙结构和优异的电化学性能，且比表面积达到1 553 m²/g，总孔容可达到0.75 cm³/g；在0.1和1 A/g电流密度下的比电容可分别达到206和185 F/g，经过30 000次循环后，电容保持率仍有90.7%。     

多孔炭电极的结构特性与其电化学性能

以中间相炭微球作为前驱体,在不同条件下进行炭化预处理,再经过化学活化热处理制备活性中间相炭微球,以此为电极材料组装超级电容器并进行电化学测试。研究发现:中间相炭微球的碳层取向随着炭化温度的升高而趋于规整,碳质前驱体整体抵御活化剂刻蚀的能力加强,表现为活化收率随炭化预处理温度的升高而增加,而比表面积和孔容则呈下降趋势;经过炭化预处理的活性炭微球系列样品具有良好电容保持率,在50mA/cm2放电时电容下降仅为1mA/cm2条件下的30%;将活性炭微球的碘吸附值与双电层比电容进行线性拟合,发现碘值与比电容具有良好的线性相关性。     

用作超级电容器的聚苯胺基活性炭材料

以聚苯胺为碳源、氯化锌为活化剂,800℃炭化活化制备了一种含氮、氧原子基团的活性炭.采用X-射线光电子能谱(XPS)、Boehm滴定和比表面测试对炭材料进行表征.在6 mol/LKOH电解质溶液中,扫描速率为2 mV/s条件下,利用循环伏安和恒流充放电研究其电化学性能,活性炭电极材料比电容达174 F/g.在500 mA/g的电流密度下循环2 000次后其容量仅衰减3.5％.研究表明:该材料的高比容量和良好的循环可逆性是由于活化使其比表面积增加以及含氮、氧原子基团的结果.     

HAP模板法制备有序多孔炭材料及其电性能研究

利用纳米羟基磷灰石(HAP)为模板,麦芽糖(MO)为碳源,通过固化、炭化等过程,制备有序多孔炭材料(HAP-C)。采用扫描电镜(SEM)、N2吸/脱附以及电化学分析方法等对HAP-C进行物理表征和电化学性能分析。结果显示,HAP/MO的质量比对HAP-C的比表面积、孔结构以及电化学性能有着重要影响。制备的多孔炭呈海绵骨架结构,具有较高的比表面积(1 073.5 m2/g)和大的孔容(3.28 cm3/g)。电化学测试显示,当HAP/MO的质量比为1∶2(HAP-C-1∶2)时,具有较高的质量比电容,在扫描速度为5 m V/s时,质量比电容达198 F/g;倍率性能测试显示,当电流密度增大25倍时,质量比电容保持率为58.0%,显示出良好的倍率性能。     

一种新型结构活性炭的制备及其电容特性

以中温煤沥青为原料,采用炭化活化相结合的方法制备了表面生长有纳米石墨片层的活性炭材料.研究结果表明,当KOH与炭化物的质量比为5∶1时,能够制备出较好形态与较多含量的片层,片层的厚度为20 nm以下,宽度约为500 nm,长度从几十纳米到几微米不等,为规则的石墨结构.电化学分析表明,该结构的活性炭材料具有良好的电容性能,在100 mA/g的电流密度下充放电500次后,比电容为140 F/g.     

活性中间相炭微球在超级电容器中的应用

利用KOH化学活化方法制备活性中间相炭微球(MCMBs),通过改变活化剂比例、活化温度及活化停留时间,考察活化条件对活性炭微球吸附性能和孔结构的影响,发现活性炭微球孔结构的变化与活化剂添加量之间存在良好的相关性;未经过炭化处理的中间相炭微球具有独特的各向异性结构,其碳层取向性强,活化产物对小分子(如碘分子)吸附质量具有良好的吸附性能.最大值可达到2 383 mg/g;以活性中间相炭微球为电极材料制备的水系双电层电容器循环性能良好,最大质量比电容可达271 F/g.