双电层电容器用多孔炭材料的研究与开发

阐述了双电层电容器的工作原理，探讨了多孔炭材料的比表面积、孔径分布、表面官能团、表面石墨微晶取向、体积密度和电导率以及电化学稳定性等微孔结构与物理化学性质对其电容特性的影响，介绍了近年来用作双电层电容器电极的几种新型多孔炭材料的研究进展。     

高表面活性炭电极的制备及其在双电层电容器中的应用

综述了高表面活性炭电极的原料制备、电极成型及修饰技术的研究进展,论述了双电层电容器电化学性能的影响因素,提出了提高双电层电容器电化学性能的方法,主要包括修饰和改善高表面活性炭的微观结构、改进电极成型工艺技术和电极的预处理方式等.并建议根据实际应用过程中双电层电容器的等效电路和Gouy-Chapman-Stern(GCS)模型理论,计算出高表面活性炭电极表面上的电解质的分布形态,以此作为研究双电层电容器的微观结构和吸附储电机理的突破点,为高表面活性炭电极用于双电层电容器的进一步发展提供理论指导.     

双电层电容器电极材料最新研究进展

对双电层电容器炭基电极材料中已经产业化的和颇具产业化前景的活性炭、碳纳米管、炭凝胶等几种材料进行了综述，分析了它们的性质、特点和研究进展。     

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。     

低温脱除超级电容器用多孔炭含氧官能团

提升双电层超级电容器(EDLCs)能量密度的关键在于提高多孔炭电极材料的耐电压特性。然而目前提高多孔炭耐电压特性的难点是既脱除多孔炭的含氧基团、又不破坏多孔炭的层次孔结构。对此,选择镍基催化剂、利用催化剂表面发生的氢溢流现象,实现低温条件下脱除多孔炭的含氧基团,得到低氧含量的多孔炭。与H₂气氛下的热还原脱氧过程相比,基于氢溢流现象的脱氧过程除了热解反应和加氢反应,还包括高活性氢原子参与的剧烈加氢反应。此外,考察了基于一级氢溢流和二级氢溢流现象的多孔炭脱氧过程的作用机制。由于镍纳米颗粒和多孔炭之间存在Ni-O-C键和Ni-C键,一级氢溢流抑制了多孔炭含氧基团的脱除。二级氢溢流避免了Ni-C键和Ni-O-C键的形成,解离的高活性氢原子可在厘米级别的长距离范围内扩散,能更有效脱除多孔炭表面的C-O、CO等含氧基团。此外,二级氢溢流脱氧后得到的多孔炭(PC-Ni-655)的碳层结构的有序度提高且孔道结构没有被破坏。当PC-Ni-655应用于EDLCs时,在3.3 V的高电压窗口下表现出较小的自放电现象和良好的循环稳定性(在1 A·g^-1循环5 000圈后,容量保持率为87.9%)。     

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...     

美研究人员利用石墨烯开发出柔性超级电容

<正>美国莱斯大学利用石墨烯等开发出了柔性双电层电容器(也叫超级电容器)。相关论文已发表在《ACS NANO》上。这种双电层电容器的特点是耐弯曲性出色。莱斯大学的研究人员James Tour利用激光照射聚酰亚胺薄膜,在其表面形成了20μm左右的与石墨烯片相连接的泡状材料,将这种材料用作双电层电容器的电极。电容密度为16.5 m F/cm2,毫不逊色于普通的双电层电容器产品。James Tour利用这种材料制造双电层电容器的关键点是提前在聚酰亚胺薄膜上添加了硼酸。这样,与未添加硼酸     

PF与PVB共混炭化制备双电层电容器用多孔炭材料的研究

以酚醛树脂(PF)为原料，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为成孔剂，采用聚合物共混炭化法制备双电层电容器用多孔炭材料。通过热重(TG)和差热(DTA)分析，初步探讨了单一PF、PVB和PF、与PVB的共混物在炭化过程中的热解行为。考察了炭化温度和PF／PVB质量比对所得多孔炭的收率、BET比表面积、孔径分布和比电容的影响，并进一步探讨了以这种多孔炭材料作电极的模拟双电层电容器的充放电特性。结果表明，共混聚合物中PF与PVB是不相容的，热解过程各自独立进行，但存在一定的协同作用。随着炭化温度的升高，所得多孔炭的收率下降，比表面积、总孔容积和比电容先增大后减小，在800℃时达到最大值。随着PF／PVB质量比的增加，所得多孔炭的收率增加，比表面积和总孔容减小，比电容也减小。聚合物的混合方式及状态也是影响多孔炭性能的因素之一。以比电容为26．3F／g的多孔炭作电极的模拟双电层电容器具有良好的充放电性能。     

铂炭催化脱除超级电容器用多孔炭含氧官能团

开发可耐受高于2.7 V电压的多孔炭电极材料是双电层超级电容器（EDLCs）实现高能量密度的重要途径之一。以粒径小于10 nm的超细铂炭催化剂（Pt/C）引发了氢溢流,强化了高活性氢原子的解离,进而更加有效地脱除了多孔炭表面的含氧基团。利用5% Pt/C （质量分数,下同）可将多孔碳表面的含氧量降低至2%（摩尔分数,下同）。研究发现,重复使用多次后的Pt/C催化剂仍保持优于热还原法的脱氧效率。Pt/C催化剂作用下氢溢流脱氧后所得多孔炭（PC-Pt5/C-600-1st）的石墨微晶结构的有序度提高且孔结构得到较好保持,其作为EDLCs的电极材料可在3.3 V的高电压窗口下展现出良好的循环稳定性,在1 A·g^-1的电流密度下循环8 000圈后,容量保持率为88.4%。可重复使用的特点有利于降低相关工艺过程的成本负担。     

真空浸渍法制备生物质炭/石墨烯复合电极及其充放电性能研究

生物质炭具有天然的分级多孔结构,是双电层电容器优良的电极材料,但是其电导率低限制了其应用。将具有良好导电性能的石墨烯与生物质炭做成复合材料,可提高超级电容器的性能。采用真空浸渍法将石墨烯负载到生物质炭的表面和孔隙中。石墨烯不仅提高了生物质炭的电导率,而且增加了比表面积。生物质炭/石墨烯复合电极在电流密度为0. 5 A/g时,比电容大小为159. 74 F/g,比未负载石墨烯的纯生物质炭电极提高了4倍多。充放电循环5 000次,性能无衰减,呈现出良好的稳定性。     

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．     

水分子在多孔炭材料上的吸附行为研究进展

多孔炭材料具有较大的比表面积和发达的孔隙结构,是吸附有毒有害气体的关键材料,备受环境、化工、军事化学等领域的关注。多孔炭材料对有毒有害气体的吸附性能受气氛中水分子竞争吸附的影响,研究多孔炭材料对水分子的吸附行为是复杂环境下吸附分离有毒有害气体的基础,对改进多孔炭材料的表面官能团组成和孔结构具有重要的指导意义。基于此,本文综述了国内外关于水分子在多孔炭材料上吸附的机理、过程和影响因素,探讨了水分子作为示踪分子用于多孔炭材料结构表征的潜在可能,并对未来吸附理论的研究方向和指导新型吸附材料设计的应用前景进行展望。     

煤基双电层电容器电极材料研究现状

电极材料结构对其电化学性能影响较大,具备合适的孔隙结构以及比表面积是双电层电容器电极电化学性能优异的前提。增加其某些表面官能团可以提升电极对电解液的浸润性,提升其的电化学性能。灰分的脱除对于改善其电化学性能具有显著作用。高石墨化程度的电极材料可以降低双电层电容器的内阻,提升双电层电容器的功率密度;无定型碳材料则具备比表面积高、孔隙发达等优势,因此电极材料石墨化程度对其电化学性能的影响机制尚无定论。     

活性炭用于制作超级电容器电极材料概述

生物质活性炭材料目前尚缺乏科学的处理利用方式。在化工科学界,因其化工产品多孔活性炭具有高比表面积,表面特殊结构、可控孔隙结构与稳定的物理化学性质和优良的导电性而备受关注,且来源广泛、价格低、环境友好,目前已在超级电容器储能材料方面大有作为。简述了生物质活性炭在超级电容储能材料方面的应用,介绍了双电层超容器的基本概念,从活性炭的制备到改良用于储能材料。通过分析总结,明确了活性炭作为新型能源材料的未来发展方向,引发读者对超级电容器未来发展方向的思考。     

富氧多孔炭的合成及其在电化学储能中的作用

多孔炭在电化学储能器件中具有不可或缺的作用。本文主要介绍了富氧多孔炭材料的物理化学特性、表面含氧官能团的种类及表征方法;总结了富氧多孔炭常见的合成方法并分析了各种方法的优缺点;以超级电容器和锂/钠离子电池为例,阐述了近年来富氧多孔炭材料在储能应用方面的研究进展,探讨了含氧官能团在储能过程中的作用机理;指出了富氧多孔炭应用于电极材料时高比容量与高导电性能相互制约的问题,提出理性设计多孔炭结构中含氧官能团的类型及数量,可以在保持多孔炭电化学稳定性的同时,为多孔炭提供丰富的氧化还原活性位,提高其与电解质的亲和性,从而提升储能器件的能量密度;并展望了含氧官能团原位表征技术的开发与材料先进结构组分的设计等富氧多孔炭储能电极的未来发展方向。     

微波辐射二次活化活性炭作双电层电容器电极材料的研究

为获得高比容量炭电极材料，采用微波辐射活性炭和KOH的混合物，得到二次活化活性炭。讨论了微波功率、微波辐射时间和KOH与活性炭质量比对比电容量的影响，并考察了该活性炭双电层电容器的电容特性。结果表明，在微波功率为480W、辐射时间为5min、KOH与活性炭质量比为2：1时，所得活性炭比电容量达295．17F／g；由它组装的双电层电容器具有优良的大电流放电特性和循环稳定性。     

碳基双电层电容器电极材料的研究进展

双电层电容器是一种介于电池与传统电容器之间的新型储能元件,具有较高的能量密度和功率密度,且充电速度快、循环寿命长、对环境无污染,广泛应用于国防、军工以及电动汽车、数字通讯、计算机等众多民用领域.简述了双电层电容器的基本工作原理,综述了碳基双电层电容器电极材料的研究进展.     

多孔炭材料设计合成及电化学储能应用

多孔炭材料具有导电性好、结构稳定、资源丰富、价格低廉的天然优势，既可直接作为电极材料，构建炭基电化学储能器件，又可与非炭电活性材料复合，起到传输电子、缓冲体积膨胀及调节界面反应的作用，在电化学储能器件中一直发挥着不可或缺的作用。结合本文作者课题组的研究工作，本文总结了多孔炭制备及孔结构和形貌的调控方法，分析了各方法的优缺点；并以超级电容器、锂离子/钠离子电池和锂硫电池为代表，阐述了多孔炭材料在电化学储能领域的作用及应用研究现状，讨论了电化学储能器件对多孔炭材料的结构与性能要求，指出了多孔炭在电化学储能应用中存在的局限性，并对多孔炭在这些储能领域的研究和发展趋势做出展望。     

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...