盐酸交联法制备多孔碳材料及其超电容性能研究

本文通过在碳前驱体中引入质子交联剂—盐酸,并经过后续模板法制备多孔碳材料并研究其超电容性能。研究表明,盐酸交联剂的引入,显著提高多孔碳的孔结构,比表面积由635 m²·g^-1提升至830 m²·g^-1。电化学测试表明,采用盐酸交联法制备的多孔碳材料表现出更加优异的超电容性能,在硫酸电解液1 A·g^-1的电流密度下,比电容达到236 F·g^-1;同样在活性电解液在2 A·g^-1的电流密度下,比电容达到惊人的1 298 F·g^-1。     

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。     

基于壳聚糖多孔碳的制备及电容性能研究

以壳聚糖为碳源和氮源,采用预碳化处理和KOH活化两步法制备了壳聚糖多孔碳材料,考察了活化剂KOH用量对电极材料形貌、结构以及电容性能的影响。结果表明:当KOH与预碳化壳聚糖质量比为0.6∶1时,制备的多孔碳材料KOH-CTS-0.6具有最优的电化学性能。KOH-CTS-0.6具有大比表面积(1 348 m~2·g~(-1)),含有丰富的N、O元素(2.9%N和7.4%O)。在电流密度为0.5 A·g~(-1)时,KOH-CTS-0.6的比电容为235.2 F·g~(-1),显示出优秀的倍率能力;在电流密度为10 A·g~(-1)的大电流时,其比电容依然高达178.6 F·g~(-1)。此外,该材料还具有良好的循环稳定性,500次循环后比电容保持率为94%。     

氮掺杂多孔碳的制备及其电容性能

氮掺杂多孔碳(NPC)电极材料具有特殊的多孔结构,导致其比表面积高,化学稳定性好,同时电容性能良好,然而导电性差,能量密度低等因素也限制了其实际应用。以天然产物为碳源,经高温热解产生碳化残渣,将这些残渣经筛分,与氢氧化钾和三聚氰胺一起混合、研磨,然后再经过高温焙烧、洗涤、烘干后得到NPC样品。该样品外观为黑色粉末,在扫描电镜下观察其形貌呈现多孔状,氮元素含量达到6.45wt%。将NPC与乙炔黑、聚偏氟乙烯按8∶1∶1的质量比制成电极压片,可组装成对称型超级电容器。在两电极体系下,以6M KOH为电解液,通过恒电流充放电(GCD)和循环伏安(CV)测试表明:电流密度为0.1A/g时,组装的超级电容器的比电容达到145F/g,而且当功率密度为50W/kg时,能量密度可达到20Wh/kg。经1000次循环充放电后,其比电容仍然保持96.9%,库仑效率基本稳定在99%,说明NPC具有优良的电容特性和循环稳定性。     

秸秆基碳材料在Li2SO4电解液中的电化学性能

以生物质秸秆为碳源,利用水热结合KOH活化法制备了多孔碳材料,对其结构与形貌进行了表征。采用三电极体系,在不同浓度的Li₂SO₄电解液中,对多孔碳电极进行循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗测试。结果表明,在0.5 mol·L^-1的Li₂SO₄电解液中,秸秆基生物质碳材料呈现出较好的电化学性能。当电流密度为0.5 A·g^-1时,比电容可达224 F·g^-1;经1500次充放电测试后,比电容保持率高达94.1%,循环性能良好。     

葡萄柚皮多孔碳高性能对称性超级电容器电极材料的制备及性能

以柚子皮为碳源(GC),高温氧化碳化(GCO)处理后采用K₂CO₃活化制得GCO600,最佳优化产物GCO600-14具有丰富的网状孔隙,其比表面积达661.7 m²/g。三电极体系中,在1 A/g时,GCO600-14的比电容为413 F/g,电流密度扩大30倍后仍可达到2 896 F/g,为原先的70%;循环5 000圈后比电容仍未原来值的96%。构建的对称性电容器GCO600-14//GCO600-14能量密度为26、20.2 (W·h)/kg时,相应的功率密度分别为720、20 800 W/kg。说明GCO600-14作为新型的、环境友好的储能材料具有潜在的应用前景。     

用于超电容储能的生物质碳材料的电化学性能

以生物质废弃物柚子皮、爆米花、夏威夷果壳为碳源,采用生物质高温碳化技术,在氮气保护下高温碳化处理得到PP、POP、MS三种本质生物质碳材料,利用XRD、SEM、BET等手段对其进行表征,并利用三电极超级电容器体系,在不同的水系电解液中测试超级电容器的电化学性能。当电解液为6 mol/L KOH溶液,电流密度为0.5 A/g时,MS的比电容为58.25 F/g,表现了良好的超级电容器性能。     

制备工艺对淀粉基碳分子筛性能的影响

以淀粉为碳源,F127为结构导向剂,通过KOH活化一步合成法制备系列碳分子筛,采用SEM、TG、FT-IR和N_2吸附-脱附等技术对原料和碳分子筛样品的结构、表面官能团和性能进行表征。结果表明,温度、F127与淀粉添加质量比和KOH浓度对碳分子筛样品的孔隙结构性能影响显著。在KOH浓度为0.75 mol·L~(-1)、m(F127)∶m(淀粉)=4∶3、搅拌时间12 h和反应温度45℃时制备的碳分子筛孔径分布集中,BET比表面积达1 228.972 5 m~2·g~(-1),单点孔容0.807 113 cm~3·g~(-1),单点微孔体积0.636 869 cm~3·g~(-1)。     

层次多孔碳的制备及其电化学性能的研究

以间苯二酚-甲醛(RF)作为碳源,利用具有中空结构的聚苯乙烯球(PS)作为模板,在高温下碳化得到三维层次多孔碳。采用扫描电镜、循环伏安及恒流充放电等方法对其性能进行测试。结果表明,层次多孔碳在高倍率条件下具有优异的电化学性能。     

超级电容器用煤基多孔碳改性研究进展

煤炭因其碳含量高、储量丰富及价格低廉,成为优质的多孔碳碳前驱体。以煤炭为原料制备超级电容器用多孔电极材料是实现煤炭高附加值利用的重要方向之一。通过调整孔结构、改善表面化学活性均能有效提高煤基多孔碳电极材料的电化学性能,其中调整孔径分布可利用物理活化和化学活化联合、模板法和化学活化联合以及不同化学活化剂联合3种方法。物理活化和化学活化联合法主要是通过水蒸气或CO₂对KOH活化过程进行辅助,在得到大量微孔的同时获得一定量的介孔,并实现煤基多孔碳孔隙与润湿性的协同调控。模板法与化学活化联合则可在获得与模板剂相同孔结构的同时,通过KOH活化进一步造出丰富微孔,从而实现合理的孔径分布。除使用模板剂外,也可利用碳前驱体自身含有的大量杂质充当自模板。采用不同化学活化剂联合的方法也能实现孔结构的调节,如K⁺和Na⁺的离子尺寸不同,联合利用可得到不同的孔径分布;利用KCl在高温下的流动性,可以将KOH的中间产物带入更广范围和更深层次,从而实现微孔向介孔的转化。改善表面化学活性则可通过炭前驱体预氧化和引入杂原子2种方式。通过强酸或强氧化剂对...     

多孔碳纳米线/MnO_2复合材料的制备及其在电化学超级电容器中的应用研究

采用化学气相沉积法(CVD),以1,2-邻二氯苯和二茂铁为前驱体批量制备高纯度多孔碳纳米线(PCNF)。采用微波法将MnO2负载在多孔碳纳米线上从而构筑MnO2/PCNF复合材料。用SEM、TEM、XRD和TGA等测试手段对所得材料进行形貌及结构分析,采用循环伏安和恒流充放电测试检测MnO2/PCNF复合材料的电容特性。实验结果表明,该复合材料比电容较高,循环性能良好,在1000圈循环测试(2A·g-1)后电容保持率为89.3%。     

梧桐絮制备多孔纤维碳材料及其在超级电容器中的应用

以法国梧桐絮为原料、KOH为活化剂,通过碳化制备多孔纤维碳材料,并在此基础上组装了超级电容器器件。通过SEM、EDS、XRD、Raman、FTIR、BET等对制备的多孔纤维碳材料进行表征,并研究了多孔纤维碳材料电极的电化学性能。结果表明:在扫描速率为50 mV·s~(-1)时,800℃下碳化制备的梧桐絮多孔纤维碳材料电极的比电容可以达到236 F·g~(-1);所组装电极在循环10 000次后,比电容仍维持原来的99.8%,表明梧桐絮多孔纤维碳材料在超级电容器领域有巨大的应用潜力。     

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。     

环丁砜混合有机电解液在超级电容器中的应用

将环丁砜作为耐高温、高压添加剂加入到TEA-BF4/AN体系电解液中,应用于商品化100 F活性炭基双电层超级电容器。通过恒流充放电、高温浮充测试对比了添加环丁砜前后两种电解液体系的电化学性能。发现添加环丁砜后的电解液超级电容器具有明显优势,在2.85 V,70℃条件下浮充1512小时,容量保持率高达80%。     

碳材料的微观结构与电容特性

超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置,因其具有功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等优点而成为世界各国近年来在新能源领域研究的热点。文章概述了由最基本的电极材料—碳材料组成的电化学双电层电容器的原理,分析了电化学双层电容器的实际和理论局限、碳材料的最大比电容、比表面积、能量密度及功率密度等性能参数。在阐述纳孔碳电容器的理论模型的基础上,详细介绍了双层电容器碳材料的孔尺寸与电解质溶液离子尺寸的关系。上述理论介绍与分析为电化学双层电容器今后的研究提供了依据。     

生物质碳基材料的制备及其在超级电容器中的应用

近年来,生物质碳基材料凭借其本身优异的化学性能引起研究者的青睐,本文主要介绍了超级电容器的构造及工作原理;综述了影响碳基超级电容器比容量大小的因素,并讨论了生物质在超级电容器中的应用及其应用前景。     

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。     

生物质衍生氮掺杂蜂窝状分级多孔碳用于高性能水系锌离子混合电容器

水系锌离子混合电容器(ZHCs)因其低成本、高安全性、优异的倍率性能以及超长的循环寿命引起了广泛的关注。以生物质鲜姜纤维作为前驱体,在碳酸氢钾和尿素的协同作用下,采用一步法合成了氮掺杂的蜂窝状多孔炭。所获得的多孔炭材料具有2 553.2 m²·g^-1的高比表面积和3.86%的氮掺杂量。这种独特的蜂窝状结构可使ZHCs(N-HHPC-1//Zn)在0.1 A·g^-1的电流密度下获得了148.8 mAh·g^-1的高比容量,并在30 A·g^-1的电流密度下获得53.6%的容量保持率。该策略可以为制备氮掺杂的生物质衍生多孔炭用于ZHCs提供新的思路。