煤基碳量子点衍生炭的形貌控制及电化学性能

以太西无烟煤为碳源,采用化学氧化法制得煤基碳量子点,探讨煤基碳量子点水溶液质量浓度及干燥方式(冷冻干燥和高温烘干)对煤基碳量子点形貌的影响,并将质量浓度为10 g/L的煤基碳量子点水溶液分别冷冻干燥与高温烘干再进行高温炭化,制备煤基碳量子点衍生炭,应用于超级电容器。结果表明：在冷冻干燥条件下,煤基碳量子点的形貌随着质量浓度的增加呈“点—线—面”的趋势发展;在高温烘干条件下,不同质量浓度煤基碳量子点水溶液干燥后的形貌均呈三维块状。冷冻干燥条件下的煤基碳量子点衍生炭的形貌呈二维片状,比表面积为268.8 m²/g,中孔率为19.1%;而高温烘干导致煤基碳量子点团聚紧缩成结构致密的块状,因此,炭化后仍为块状结构且不易脱除含氧官能团形成孔隙,高温烘干条件下的煤基碳量子点衍生炭的比表面积为192.5 m²/g,中孔率为8.9%,但■和COOH含量丰富。二维片状形貌以及较高中孔率可以保证冷冻干燥条件下的煤基碳量子点衍生炭的倍率性能,初始比电容只有115.5 F/g,但在20 A/g时的容量保持率可达71.5%;丰富的含氧官能团使得高温烘干条件下的煤基碳量...     

煤基活性炭的制备与电化学性能表征

对太西无烟低灰煤与K2CO3混合制备煤基活性炭进行试验,分析了不同活化温度下所制活性炭的结构与电化学性质,在活化温度为900℃时,制得的活性炭产品比表面积与孔容分别达到2 382 m2/g和1.0964 cm3/g,最大比电容可达到126 F/g。     

预炭化时间对煤基活性炭孔结构及电化学性能的影响

以太西无烟煤为前驱体,KOH为活化剂制备煤基活性炭,考察了预炭化时间对煤基活性炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明,随着炭化时间的增加,活性炭吸附量先增大后减小,活性炭的比表面积、总孔容先增大后减小,中孔孔容逐渐减小;在预炭化温度800℃,炭化时间6 h,KOH与太西无烟煤质量比为2∶1,活化温度800℃的条件下可制备比表面积为1409 m2/g,总孔容为0.5284 cm3/g,中孔率为6.25%的煤基活性炭。电流密度为50 mA/g时,炭化6 h制备活性炭的比电容最大为127 F/g,电流密度增大至2500 mA/g时,比电容为84 F/g,容量保持率达到66.1%,经过1000次循环充放电后,其容量仍保持93.6%。     

高比表面积煤基活性炭的制备及其吸附性能的研究

以太西无烟煤为原料,KOH为活化剂,采用化学活化法制备高比表面积煤基活性炭,着重考察了碱炭比、活化温度、活化时间对活性炭吸附性能的影响。研究结果表明：当碱炭比为4、活化温度为800℃、活化时间为1h时,可以制得比表面积达3215m^2／g,碘吸附值达2884mg／g,亚甲蓝吸附值达548mg／g的高比表面积煤基活性炭。     

煤基炭材料结构的初步考察

以兖州煤为原料,经脱灰处理后在700℃-1000℃下热裂解制备煤基炭材料。氮气物理吸附和X射线衍射分别考察了炭材料的BET比表面积、孔容以及微晶结构的变化。研究发现随着热处理温度的升高,炭材料的微晶结构变得有序,而BET比表面积、孔容呈现下降趋势。     

活化温度对酚醛基活性炭纤维的孔结构和电化学性能的影响

从酚醛纤维出发,经过炭化和KOH活化制备了酚醛基活性炭纤维（PACF）,并对不同温度下活化样品的比表面积、孔结构以及所制备的双电层电容器（EDLC）的电化学性能之间的关系进行了探讨。氮气（77K）吸附法测定PACF活性炭纤维的孔结构和比表面积;采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电等测试对超级电容器的电化学性能进行了测试。结果表明：900℃是KOH活化酚醛纤维制备用于EDLC电极材料的最佳活化温度,该温度下活化样品具有最佳的循环性,稳定性和较小的内阻,比表面积为2311m^2·g^-1和比电容264．IF·g^-1（充放电电流为1000mA·g^-1）。PACF系列样品均呈现出典型的微孔炭的特征,不同活化温度下制备的PACF,虽然表现出不同的比表面积和比电容,但是其整体孔径分布范围基本相同,都在0.5nm～3．0nm之间。随活化温度的升高,样品的电容性能和功率特性越来越好,内阻也随活化温度的升高而降低。     

新型煤基微晶炭的制备及电容特性研究

超级电容器具有广泛的应用领域,但由于传统活性炭在能量密度和导电性方面不能充分满足社会对超级电容器的需求,严重限制了其在大型储能装置中的应用。因此,研发具有更高储能性能的材料具有重要意义。本文以资源丰富的太西无烟煤为前驱体,采用预炭化-KOH活化联合工艺制备新型煤基微晶炭,并将其用作超级电容器电极材料。利用X射线衍射(XRD)、低温N_2吸附等手段表征煤基微晶炭的微晶结构及孔结构参数,并利用恒流充放电,循环伏安,交流阻抗等探究对应电极材料的电化学性能。结果表明,煤基微晶炭含有大量较为完整的类石墨微晶结构,且随着碱炭比用量的增加,类石墨微晶结构被逐步破坏,其层间距d_(002)由0.391 5 nm逐渐增至0.405 9 nm。在碱炭比4∶1、活化温度800℃、活化时间为2 h的条件下,可制备出比表面积为928 m~2/g、总孔容为0.527cm~3/g、中孔率为26.46%的微晶炭。将该煤基微晶炭用作电极材料在以1 mol/L(C_2H_5)_4NBF_4/PC为电解液的超级电容器中,表现出优异的电化学性能:50 m A/g的电流密度下比电容为94.8 F/g,能量密度可达40.3 Wh/kg,在500 m A/g电流密度下1 000次循环后比电容保持率为87.3%,具有良好的循环稳定性,并且在阻抗曲线中体现出更小的离子扩散阻力和内部阻抗。首次充电过程中充电曲线发生折转,发生了"电活化"现象。这时,微晶炭片层周围的电解液离子和溶剂分子进行插层作用,利用片层空间充分储存电子以提高能量密度。煤基微晶炭的电容特性主要由插层电容和双电层电容2部分组成,其中"电活化"现象所造成的插层电容是决定微晶炭较高能量密度的主要原因。新型煤基微晶炭优异的电化学性能与其微晶结构和丰富的孔隙结构密切相关。     

碱炭比对微波法制备玉米芯活性炭电容性能的影响

以玉米芯炭化物为原料、KOH为活化剂,采用微波加热方式在碱炭质量比分别为1.0∶1、1.5∶1、2.0∶1、2.5∶1和3.0∶1的条件下制备得到玉米芯活性炭CAC-1、CAC-1.5、CAC-2、CAC-2.5和CAC-3。采用低温N₂吸附法测试玉米芯活性炭材料的比表面积及孔径分布。三电极条件下,通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电测试对玉米芯活性炭材料的电容性能进行研究,结果表明,CAC-2、CAC-2.5和CAC-3具有较高的比容量和优异的倍率性能。将CAC-2、CAC-2.5和CAC-3电极片组装成扣式电容器并在电流密度为1 A/g下测试其循环性能,10 000次充放电后CAC-2的容量保持率高达99.07%。     

制备条件对超高比表面积活性炭结构的影响

以石油焦为炭前驱材料、用不同试剂作为活化剂,讨论了不同活化剂对石油焦的活化作用。在以KOH为活化剂时,研究了活化条件对活性炭孔结构的影响。结果表明,强碱具有明显的活化作用,盐类试荆的活化作用很差,且KOH的活化作用远优于NaOH。在碱与碳质量比为4、800℃下活化60min制得了BET比表面积为3422m^2／g的超高比表面积活性炭(SBET≥2500m^2／g)。且碱与碳质量比越大、活化温度越高及活化时间越长,所制得活性炭中大于2nm的孔所占的比例越大。     

高比表面积煤质活性炭的制备与活化机理

以煤为原料,采用KOH活化法制备了高比表面积活性炭,分别考察了活化温度、浸渍比和活化时间等工艺参数对活性炭吸附性能的影响;测试了高比表面积活性炭在-196℃对N₂的吸附等温线、比表面积和孔径分布。结果表明,当活化工艺参数为活化温度900℃,浸渍比4,活化时间1.5 h的条件下可以制得较好的高比表面积活性炭产品,其比表面积为3135 m²·g^-1,孔容为1.72 cm³·g^-1,碘吸附值为2657 mg·g^-1;采用扫描电子显微镜观察了高比表面积活性炭的微观结构,采用气体分析仪检测了活化过程中的尾气成分,提出了高比表面积活性炭的活化机理。     

超级电容器用煤基活性炭研究

为了研究煤基活性炭电极对超级电容器性能的影响规律,根据超级电容器的工作原理,阐述了比表面积、孔径分布、表面官能团、石墨化程度、灰分及粒度对电化学性能的影响。研究表明适宜的中孔比例和粒度有利于电解液的扩散;含氧和含氮官能团可以改善电极的表面润湿性;无定型炭结构孔隙更发达,更适合作为活性炭材料;降低灰分可以提高电极的充放电特性和倍率特性。     

Activation of ultra‐thin activated carbon fibers as electrodes for high performance electrochemical double layer capacitors

Activated carbon fibers (ACFs) contain pores with a weak resistance to electrolyte migration but with high electrical resistance between the fibers. The ACFs used herein were prepared from ultra‐thin polyacrylonitrile (PAN) fibers, to be used as electrodes in electrochemical double layer capacitors (EDLCs), by varying the activation temperatures and the holding times during steam activation. As the activation temperature and holding time were increased, the specific surface area increased along with the specific capacitance (F g^?1). A maximum specific capacitance as high as 283 F g^?1 can be obtained using the ultra‐thin ACFs fabricated at 1000°C for 10 min with a specific surface area of 1408 m² g^?1. This investigation demonstrates that the surface area, pore structure, and surface functional groups of ACFs were all significant factors in determining the capacitive characteristics of ACFs. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2009     

活性炭表面改性对其比电容及储能机理的影响

采用熔融Na2S对活性炭表面进行改性,通过循环伏安测试了活性炭的比电容,并通过FT-IR, BET, EIS和电泳实验分析了比电容变化的原因及其储能机理。研究发现,以10%的硫酸钠溶液为电解质,活性炭经Na2S 1000℃热处理1 h后的比电容由44.6 F/g提升至80.8 F/g,所增加的比电容主要来自于双电层电容,部分来自于氧化还原赝电容(占总电容的5.6%)。通过向电解质溶液中添加37 mmol/L的FeCl3,比电容提高至103 F/g (赝电容占12.6%),但并不稳定,后期有下降的趋势。如果向电解质溶液添加30 mmol/L的K3[Fe(CN)6],则比电容提升到了126 F/g,并且非常稳定、甚至有继续缓慢增加的趋势。活性炭经Na2S热处理后,储能机理由单纯的双电层物理储能变为双电层物理&化学储能+氧化还原赝电容储能。     

High dispersion and electrochemical capacitive performance of NiO on benzenesulfonic functionalized carbon nanotubes

This work describes an effective method to synthesize structurally uniform composite of nickel oxide/benzenesulfonic functionalized multiwalled carbon nanotubes composite (NiO/f-MWCNTs) using benzenesulfonic MWCNTs as the substrate. Benzenesulfonic group here is bifunctional both for solubilizing MWCNTs into aqueous solution and for tethering Ni²⁺ precursor onto MWCNTs surfaces to facilitate the follow-up chemical deposition of NiO by supplying surface binding and anchoring groups. The composite has a uniform surface dispersion and large coverage of NiO onto f-MWCNTs, which is characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, scanning electron microscope, cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge measurements. The NiO/f-MWCNTs composite improved the utilization of electrochemical capacitive materials and delivered capacity of 384 F/g at the constant current of 0.20 A/g due to f-MWCNTs as substrate.     

熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。     

熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。     

容量法测定载体活性炭的比表面积

活性炭的比表面积是其重要的物理结构参量之一,其实测值的准确性具有实际参考意义.文中应用NOVA2000e型比表面积和孔隙度分析仪,采用容量法测定活性炭的比表面积,研究样品预处理条件及吸附点数量等因素对测量结果的影响.结果表明:样品的最佳预处理条件为脱气温度300℃,脱气时间不少于5h.在此条件下处理的样品比表面积测定值...     

PANI/煤基石墨烯宏观体复合材料的制备及其电化学性能

以太西无烟煤为原料,采用催化热处理、改良Hummers氧化等方法,制备煤基氧化石墨烯（CGO）,进而以CGO和聚苯胺（PANI）为前驱体,采用水热自组装法,制备得到PANI/石墨烯宏观体复合材料（3D-PCG）。采用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等技术,研究了材料的组成、结构和形貌,考察了3D-PCG的电化学性能。结果表明,PANI以纳米棒状形态均匀镶嵌在煤基石墨烯宏观体（3D-CG）的网状结构中;当PANI与CGO质量比为1：2时,3D-PCG的电化学性能优于PANI和3D-CG,其比电容可达663 F·g^-1。