碳气凝胶复合材料在超级电容器中应用的研究进展

从碳气凝胶的发展、制备和干燥工艺,以及掺杂碳气凝胶的改性方面叙述了碳气凝胶在超级电容器材料中的研究进展,并展望了碳气凝胶未来的发展方向。     

碳气凝胶电极在双电层电容器中的研究进展

通过与无机气凝胶对比,引入碳气凝胶的导电特性。简述了双电层电容器的基本工作原理,综述了碳气凝胶在双电层电容器电极材料方面的研究进展。总结了碳气凝胶电极制备过程中关键因素,并提出了一些研究展望。     

超盐环境下含氮碳气凝胶的制备及其在超级电容器中的应用

多孔碳材料因其优异的导电性和稳定性,以及成本低廉等优点而成为当今的研究热点之一。以苯酚、甲醛和三聚氰胺为原料,利用高浓度氯化锌来提供超盐环境,经溶剂热反应后,在氮气中800℃下热解制得了含氮碳气凝胶(NCA)。扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和氮气吸附等表征结果表明,该含氮碳气凝胶具有分级多孔蜂窝状结构,其比表面积高达729.6 m~2/g。采用三电极测试体系测试了含氮碳气凝胶的电化学性能,结果表明,在三电极体系中,以0.5 mol/L H_2SO_4作为电解液,含氮碳气凝胶在电流密度为1 A/g时比电容达到350.7 F/g;在电流密度为20 A/g时,经过10000次充放电后,含氮碳气凝胶的电容保持率仍高达97.8%。在双电极体系中,含氮碳气凝胶在800 W/kg的功率密度下,能量密度可达26.8 (W·h)/kg。上述结果表明,该含氮碳气凝胶是一种非常理想的超级电容器电极材料。     

分级多孔碳的制备及其在超级电容器中的应用

超级电容器因其高功率密度、超高速充放电、高稳定性等突出特点在电化学储能装置中引起人们极大关注.在当前开发的电极材料中,碳材料因其良好的导电性、孔隙率及形貌可调等特点备受青睐.传统的单一微孔碳材料具有较大的比表面积,但存在利用率低、孔道堵塞、电阻较大等问题.针对上述问题,研究人员对分级结构多孔碳材料开展了广泛的研究.本工...     

植物纤维素基碳气凝胶的制备及应用研究进展

植物纤维素基碳气凝胶具有低密度、可生物降解、优异的吸附性能和电化学性能稳定等特点。本文围绕其原料来源、制备工艺及其在环境治理和能量储存与转化方面的应用,分析了植物纤维素基碳气凝胶的性能及研究进展。详细叙述了以棉花、木材、竹纤维等为原料的植物纤维素基碳气凝胶的制备方法,如：溶胶-凝胶法、水热炭化法、直接炭化法等。分析了制备过程中干燥方法、溶剂的选择及置换、复合改性等影响因素,并介绍了碳气凝胶在空气净化、油水分离、有毒化合物、重金属离子的去除等环境治理及能量转化与储存方面的。     

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.     

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。     

介孔碳的制备方法及其在超级电容器中的应用研究进展

介绍了介孔碳制备方法;总结了介孔碳材料在超级电容器电极材料应用研究中的进展;展望了介孔碳材料在合成方法及介孔碳材料在超级电容器中应用的发展趋势.     

用于超级电容器的硫化钴/石墨烯气凝胶复合材料的研究

采用一步水热法,在乙二胺的辅助下,制备了硫化钴/石墨烯气凝胶(CoS/GA)复合材料。通过X射线衍射法(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学性能测试对材料进行了表征和测试。结果表明:制备的材料晶型规整,30～100 nm的CoS粒子均匀地分布在石墨烯气凝胶上。用作超级电容器时,在电流密度0.5 A/g时,CoS/GA复合材料比电容值达574 F/g,是纯CoS的1.4倍;充放电循环1 000次后,比电容保持率为94.4%。硫化钴/石墨烯复合材料的电化学性能较好,具有较大的比电容和较好的循环稳定性,是一种可用于超级电容器的较有潜力的电极材料。     

碳气凝胶及其在污水处理中的应用

碳气凝胶是由碳纳米材料形成的三维多孔网络结构材料,具有比表面积大、孔隙率高、化学性质稳定和结构可调等优点,被广泛用于水污染处理中,用于去除油、有机溶剂、染料、重金属离子等。综述了碳气凝胶及其复合材料的研究进展,讨论了有机碳气凝胶、生物质基碳气凝胶、石墨烯基碳气凝胶三类碳气凝胶材料的组成、制备和吸附性能,总结了碳气凝胶在水处理中的应用并简要分析了碳气凝胶材料当前面临的挑战以及未来的发展前景。     

Electropolymerization of aniline on carbonized polyacrylonitrile aerogel electrodes: applications for supercapacitors

Polyaniline was electrochemically synthesized on carbon polyacrylonitrile aerogel electrodes for use as active material in supercapacitor devices. Electrochemical characterization was performed by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and charge–discharge experiments in aqueous medium. Two types of electrochemical phenomenon were observed; the first is based on electrostatic energy storage in the double layer at the interface solution/carbon polyacrylonitrile (PAN) aerogel, the other is associated with the redox processes in polyaniline, for which the faradaic charge depends on the potential range. The performance of the supercapacitor was tested for capacity, energy and power density and self-discharge. Specific capacitance as high as 230 F g^–1 was reached. A symmetrical supercapacitor showed good cyclability (over 3000 cycles) during repeated charge–discharge cycles. The results are very promising and demonstrate the viability of a symmetric supercapacitor based on carbon PAN aerogel covered by an electronically conducting polymer.     

法国梧桐枯叶基活性炭的制备及其在超级电容器中的应用

以生物质法国梧桐枯叶为原料,将炭化的枯叶通过KOH化学活化处理,制备法国梧桐枯叶基活性炭（PLAC）。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量色散谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、氮气吸脱附对法国梧桐基枯叶活性炭的形貌、成分、比表面积、孔径分布等进行表征;运用三电极电化学体系,通过循环伏安,恒流充放电,循环稳定性测试,电化学阻抗谱分析法国梧桐枯叶基活性炭的超级电容器电极性能。结果显示,在800℃下碳化,通过KOH活化处理的法国梧桐基活性炭制备的电极,在1 A·g^-1电流密度下,比电容达到266 F·g^-1。电极在5 A·g^-1的电流密度下循环2000次后,比容量仍保留 97.0%,展示出良好的电极性能。     

热解Ni/Co-ZIF-8制备碳纳米管桥连多孔碳及其在超级电容器中的应用

金属-有机骨架(MOFs)衍生碳材料具有丰富的孔道结构和超高的比表面积,在超级电容器等储能领域展现出巨大潜力。以环保型ZnO纳米球为模板,通过水热法制备核壳结构ZnO@Ni/Co-ZIF-8前体。将其在四种温度(700、800、900、950℃)下热解,获得不同形貌的Ni、Co及N掺杂的MOFs衍生碳材料Ni/Co-CN,并探究了煅烧温度对其储能性能的影响。结果表明,随着煅烧温度升高,Ni/Co-CN逐渐由多孔碳变为碳纳米管桥连多孔碳结构。当热解温度为900℃时,Ni/Co-CN-900的比电容最大。在1 mol/L的KOH电解液中对其进行循环伏安测试,曲线对称性良好,表明其具有优异的电化学可逆性。通过计算该过程电荷存储的电容贡献和扩散贡献占比可知,Ni/Co-CN的储能主要来自多孔碳的双电层吸附,少量来自N掺杂导致的法拉第反应。在0.5 A/g的电流密度下,Ni/Co-CN-900的比电容高达273.5 F/g。在10.0 A/g的电流密度下进行5000次恒流充放电后,其比电容保持率高达93.8%,展现出良好的电化学性能。     

热解Ni/Co-ZIF-8制备碳纳米管桥连多孔碳及其在超级电容器中的应用

金属-有机骨架(MOFs)衍生碳材料具有丰富的孔道结构和超高的比表面积,在超级电容器等储能领域展现出巨大潜力。以环保型ZnO纳米球为模板,通过水热法制备核壳结构ZnO@Ni/Co-ZIF-8前体。将其在四种温度(700、800、900、950℃)下热解,获得不同形貌的Ni、Co及N掺杂的MOFs衍生碳材料Ni/Co-CN,并探究了煅烧温度对其储能性能的影响。结果表明,随着煅烧温度升高,Ni/Co-CN逐渐由多孔碳变为碳纳米管桥连多孔碳结构。当热解温度为900℃时,Ni/Co-CN-900的比电容最大。在1 mol/L的KOH电解液中对其进行循环伏安测试,曲线对称性良好,表明其具有优异的电化学可逆性。通过计算该过程电荷存储的电容贡献和扩散贡献占比可知,Ni/Co-CN的储能主要来自多孔碳的双电层吸附,少量来自N掺杂导致的法拉第反应。在0.5 A/g的电流密度下,Ni/Co-CN-900的比电容高达273.5 F/g。在10.0 A/g的电流密度下进行5000次恒流充放电后,其比电容保持率高达93.8%,展现出良好的电化学性能。     

High capacity supercapacitors based on modified activated carbon aerogel

Carbon aerogel derived from a modified resorcinol–formaldehyde (RF) method without supercritical drying step was activated under CO₂ flow and further modified with a surfactant sodium oleate solution. Carbon aerogel, activated carbon aerogel (ACA) and modified activated carbon aerogel (MACA) were characterized by Brunaver, Emmett and Teller(BET) surface measurement, constant-current charge–discharge and cyclic voltammetry(CV). It was found that the specific surface area of the ACA was twice that without activation. At relatively low discharge rates the specific capacitance and energy delivered from the capacitor were improved greatly by the activation of carbon aerogel. To apply the ACA at high discharge rate, a surface modification was introduced. After the surface modification the wettability of the organic electrolyte based on non-polar organic solvent (i.e. propylene carbonate) to the ACA was improved greatly and, as a result, the internal resistance of the capacitor decreased and the specific capacitance and energy delivered increased at all the test discharge rates. The effects from the modification become more marked at higher discharge rates, i.e. at 48mAcm^–2, the energy delivered increased by ca. 70%, which indicates the MACA more suitable as electrode material in electric double-layer capacitors (EDLCs) for high current applications.     

Fabrication of N-doped carbon nanobelts from a polypyrrole tube by confined pyrolysis for supercapacitors

In this present work, N-doped carbon nanobelts (N-CNBs) were prepared by a confined-pyrolysis approach and the N-CNBs were derived from a polypyrrole (Ppy) tube coated with a compact silica layer. The silica layer provided a confined space for the Ppy pyrolysis, thereby hindering the rapid overflow of pyrolysis gas, which is the activator for the formation of carbonaceous materials. At the same time, the confined environment can activate the carbon shell to create a thin wall and strip the carbon tube into belt morphology. This process of confined pyrolysis realizes self-activation during the pyrolysis of Ppy to obtain the carbon nanobelts without adding any additional activator, which reduces pollution and preparation cost. In addition, this approach is simple to operate and avoids the disadvantages of other methods that consume time and materials. The as-prepared N-CNB shows cross-linked nanobelt morphology and a rich porous structure with a large specific surface area. As supercapacitor electrode materials, the N-CNB can present abundant active sites, and exhibits a specific capacitance of 246 F·g⁻¹, and excellent ability with 95.44% retention after 10000 cycles. This indicates that the N-CNB is an ideal candidate as a supercapacitor electrode material.     

碳化物衍生碳的制备及其在气体存储与超级电容器领域的应用研究进展

介绍了二元碳化物与三元碳化物作为前体制备碳化物衍生碳,概述了碳化物衍生碳的几种常见命名,详细阐述了管式炉中氯气高温刻蚀碳化物、多孔化碳材料的制备工艺过程和原理,总结了碳化物衍生碳孔径结构及应用,并着重介绍了在储氢储甲烷和超级电容器电极材料两方面的应用研究。碳化物衍生碳材料的甲烷吸附存储量可以达到18.5%（质量分数）,氢的吸附存储量达到6.2%（质量分数）,作为超级电容器电极材料,它的质量比电容是120F/g,且具有非常高的体积比电容（90F/cm3）,在MEMS等小型化微电子器件中有重要的应用。最后展望了这种新型碳材料通过调控微观结构与改善性能在更多领域的重要应用。