双电层电容器用煤基活性炭的制备与电化学性能表征

以河南永城无烟煤为原料、KOH为活化剂制备了高比表面积的煤基活性炭,采用低温N_2吸附法对活性炭的比表面积、孔容及孔径分布进行了表征,并对其用作双电层电容器电极材料的电化学性能进行了系统测试.在KOH与煤的质量比为4:1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下制备出的活性炭其比表面积高达3224m~2/g,总孔容达1.76cm~3/g,中孔率为57.95%.该活性炭电极在3mol/L KOH电解液中的比电容高达324F/g,且具有良好的循环性能,当电流密度为40mA/g时,经1000次循环后,比电容保持率超过92%,且其漏电流很小.     

高比表面积PAN-ACF的吸附与孔结构解析

以KOH为活化剂制备了比表面积大于2000m^2/g的高比表面积PAN基活性炭毡（ACF）,以液氦为吸附介质在77．4K测试PAN－ACF吸附等温线,并对其孔结构进行了表征。采用BET法计算比表面积,t-plot法,Horvath-Kawazoe,Dubinin-Radushkevich方程以及密度函数理论（DFT0表征孔结构。研究表明即使比表面积超过3000m^2/g时,PAN－ACF的孔分布仍然很窄,并且含有大量的分子筛型孔,以金子克美等人提出多段吸附机理为依据,采用DR方程对PAN－ACF三段吸附过程所对应的E^0,x进行了计算。结果认为低压段的负偏离在一定程度上是由于吸附较强的微孔与表面官能团共同作用的结果,并非完全由于活化扩散引起,以上分析方法的表征结果具有较好的一致性,为PAN－ACF的吸附性能与孔结构提供了准确的信息。     

KOH活化法高比表面积竹质活性炭的制备与表征

以竹屑为原料,研究了KOH活化法高比表面积活性炭的制备工艺.分别考察了浸渍比、活化温度、活化时间等工艺参数对产品吸附性能的影响,并提出了可能的活化机理.在所研究的实验条件下,最佳的制备工艺是浸渍比1.0,活化温度800℃,活化时间2h.所得到的活性炭产品的比表面积和孔容可达2996m2/g和1.64cm3/g.该产品附加值高,在吸附领域特别是在双电层电容器的电极材料领域有广阔的应用前景.     

炭化温度对酚醛树脂基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以酚醛树脂为炭前驱体,KOH作活化剂,通过调节炭化温度在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料.N_2吸附测试表明随着炭化温度降低,活性炭材料比表面积先增大后减小,孔容则不断增大.其中,550℃炭化样品与KOH反应活性最佳,可制得比表面积为2983m~2/g,总孔容为1.58cm~3/g,中孔孔容达到0.59cm~3/g的活性炭材料.采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定以上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能,结果表明,PF550活性炭材料电容性能最佳,在有机电解液中100mA/g充放电时,比电容达到160F/g,电流密度增大50倍容量保持率达到82%,显示出良好的功率特性;活性炭材料中存在一定比例的中孔不仅可以改善电极材料的功率特性,而且可以提高微孔的利用率.     

利用核桃壳制备高比表面积活性炭电极材料的研究

以核桃壳为原料,采用KOH活化法制备活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。利用N2吸附和扫描电镜(SEM)表征活性炭的孔结构及表面形貌,系统研究碱炭比(KOH与核桃壳炭化料的质量比)对活性炭孔结构的影响,并采用恒流充放电及循环伏安等测定核桃壳活性炭电极材料在3mol/L KOH电解液中的电化学性能。结果表明,随着碱炭比的增大,活性炭的比表面积、总孔容及中孔比例先逐渐增大后稍有减小。当活化温度为800℃,活化时间为1h,碱炭比为4时,可制备出比表面积为2404m2/g,总孔容为1.344cm3/g,中孔比例为28.6%,孔径分布在0.7~3.0nm之间的高比表面积活性炭。该活性炭用作超级电容器电极材料具有良好的大电流放电特性和优异的循环性能,电流密度由50mA/g提高到5000mA/g时,其比电容由340F/g降低到288F/g,经1000次循环后,比电容保持率为93.4%。     

聚偏二氯乙烯基炭用作高功率EDLC电极材料

在600℃～1100℃对聚偏二氯乙烯(PVDC)树脂仅进行炭化处理,制备了一系列PVDC基活性炭.由TG、XRD和N_2吸附等温线(77 K)分别测定了PVDC基炭经历的热解过程与其晶型、比表面积和孔结构;采用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电考察了它们在质量分数30%的 KOH水溶液中的电容特性.结果表明:PVDC基炭属于无定形碳,其大的比表面积(874.5m~2/g～969.2m~2/g)和丰富的微孔在固相炭化过程中形成;PVDC基炭具有适于双电层形成的优异孔径分布、高的质量比电容和面积比电容;900℃炭化的PVDC基炭具有最高的比电容值和良好的功率特性,50mA/g电流密度时的放电比电容达256.9F/g,5000mA/g电流密度时的放电比电容保持率达76.5%;提高炭化温度可提高PVDC基炭的电导率,降低电解质离子在孔内的扩散阻抗,改善双电层电容器的功率性能.     

炭化温度对CO2活化PAN基活性炭纤维微结构的影响

将PAN坝氧化纤维在400℃～900℃炭化，经CO2活化得到一系列活性炭纤维，表征了其比表面、孔容和孔径分布等微结构参数，研究了炭化温度对CO2活化PAN基活性炭纤维微结构的影响。结果表明，炭化温度对活性炭纤维的比表面和孔结构有显著影响，适中的炭化温度（600℃）有利于得到高比表面积、大的孔容和孔径。     

活性碳纳米管的制备及其结构的研究

采用KOH对催化裂解法制备的碳纳米管进行活化处理，以提高碳纳米管的比表面积，并调整孔结构。研究了活化温度和碱用量对活化碳纳米管的收率、比表面积、晶体结构、微观形貌和孔结构的影响。实验结果表明，通过KOH活化能有效地提高碳纳米管的比表面积，调整孔隙结构。随活化温度升高，活化碳纳米管的收率逐渐降低，比表面积和孔容则逐渐提高。通过活化，碳纳米管的内孔得到释放，有大量的微孔、中孔结构形成。增大碱用量时，收率降低，而比表面积和微孔孔容增加，在比值为7：1时比表面积达到最大值。通过研究发现，制备高比表面积碳纳米管的优化工艺条件为：KOH／CNTs的质量比为7：1，活化温度为900℃。此条件下所得碳纳米管的比表面积为360．1m^2／g，比未活化碳纳米管的比表面积(24．5m^2/g）提高了14倍。     

用稻壳制备亚甲基蓝高吸附容量的超高比表面积活性炭

活性炭因具有高比表面积和丰富的孔结构而被广泛应用于吸附水处理中的污染物。稻壳具有独特的组成和微观结构, 是制备活性炭的优质碳源。以稻壳为原料, 利用过饱和KOH溶液的预活化和活化双重作用, 在不同温度下制备出超高比表面积活性炭。随着活化温度的升高, 活性炭的比表面积和总孔容逐渐增大。900 ℃下制得的活性炭具有超高比表面积, 达到3600 m²/g, 总孔容为3.164 cm³/g, 明显优于商用活性炭(YP-80, 比表面积为1310 m²/g, 总孔容为0.816 cm³/g)。具有最高比表面积的稻壳活性炭对亚甲基蓝的最大吸附量达到983 mg/g, 几乎是YP-80 (525 mg/g)的两倍。通过吸附动力学拟合, 吸附亚甲基蓝的过程与拟二级动力学模型一致, 表明该过程为化学吸附。     

马尾藻基高比表面积活性炭的制备及表征

以马尾藻为原料,采用KOH活化法制备高比表面积活性炭。探索制备马尾藻基活性炭的实验方案和最佳工艺条件。采用正交实验法研究了炭化温度、炭化时间、低温活化温度、低温活化时间和浸渍时间对制得活性炭比表面积和孔容的影响。采用N_2吸附、SEM表征考察了活性炭的孔隙结构和表面形貌。通过正交实验法分析发现,制备马尾藻基高比表面积活性炭的最佳工艺条件为:炭化温度600℃,炭化时间180min,低温活化温度400℃,低温活化时间45min,浸渍时间2h。在16组实验条件下,制备的活性炭比表面积最大为3 122m2/g,所有样品的孔径几乎全部分布在6nm以内。     

共聚炭化法制备多孔炭材料及其电容性能研究

采用酚醛树脂(PF)为热稳定聚合物, 端环氧基的聚合物(QS)为热不稳定聚合物, 利用聚合物共聚炭化法制备多孔炭。经红外光谱分析及热重分析证实, 在酚醛树脂与QS的共聚固化物中, QS链段上的环氧基与酚醛树脂链段上的酚羟基发生反应生成醚键, QS接枝到酚醛树脂的链段上。BET比表面积、孔结构和电化学性能分析表明: 在共聚固化物PF/QS的炭化过程中, QS的热解逸出能起到造孔作用, 并随着QS用量的增加多孔炭的比表面积先增大后减小。QS加入量为15%的多孔炭具有最大的比表面积609.0 m²/g、总孔容0.28 cm³/g和微孔孔容0.22 cm³/g, 与聚合物共混炭化法相比, 在相同热不稳定聚合物加入量条件下, 多孔炭的比表面积和孔容都有所提高。该多孔炭电极在30wt% KOH电解液中的比电容达177.5 F/g, 具有良好的电容特性。     

表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响

为探究表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响,使用HNO_3和KOH在不同条件下对活性炭进行表面改性,用N2吸附法和XRD图谱表征活性炭改性前后孔结构和石墨化程度的变化。结果表明,改性后活性炭的比表面积和孔容提高,平均孔径减小,并存在石墨晶体结构。干法改性活性炭的比表面积和总孔容由1 077.880m~2/g和0.763cm~3/g分别增加到1 635.268m~2/g和1.128cm~3/g,并且微孔的孔容增加。改性处理可以去除活性炭中的杂质。分别以改性前后活性炭为材料制备固体电极,KCl为电解液,测试活性炭电极的热电转换性能,发现改性后活性炭具有更高的热电转换性能。     

Biowaste derived porous carbon sponge for high performance supercapacitors

Here,an agricultural waste (the stem pith of helianthus annuus,SPHA) is firstly used as the precursor for preparing three-dimensional (3D) porous carbon sponge (PCS).The as-prepared 3D PCS (SPHA-700) pos-sesses unique sponge-like structure,large specific surface area (SSA) and high nitrogen doping level (4.52 at.％),which benefit the enhancement of conductivity (5.8 S cm-1) and wettability.As a binder-free elec-trode for solid-state symmetric supercapacitor,SPHA-700 delivers a relatively high specific capacitance of 137.1 F g-1 at 0.5 A g-1.Moreover,activated SPHA-700 (SPHA-ac-700-2) displays an even higher specific capacitance (403.6 F g-1 at 0.5 A g-1) in 6.0 M KOH electrolyte.The SPHA-ac-700-2-based symmetrical supercapacitor can offer high specific capacitance (271 F g-1 at 1 A g-1) and good rate capability (82.1％of capacitance retention at 1-80 A g-1) in 6.0 M KOH electrolyte,together with high energy density(23.3 Wh kg-1 at 450 W kg-1) in 1.0 M Na2SO4 electrolyte.Such excellent performance of SPHA-ac-700-2 is believed to have originated from the crushed sponge-like structure,O/N-co-doping (10.6 at.％ O and 3.3 at.％ N),high SSA,large total pore volume,and hierarchical pore structure.     

氢氧化钾改性碳材料及其在超级电容器中的应用

改性多孔碳材料具有高比表面积和孔体积、合理的孔径分布、优良的导电性,其作为电极材料在超级电容器中的应用一直受到科研工作者们的关注。综述了近年来KOH改性法改性煤炭基碳材料、生物碳材料、碳纳米管、碳微球、石墨烯等多孔碳材料及其在超级电容器中的应用进展。     

利用线性酚醛树脂制备有序介孔碳

三嵌段共聚物F127为模板剂,线性酚醛树脂为碳前驱体,采用溶剂挥发诱导有机-有机自组装法(EI-SA)制备了具有二维六方结构的有序介孔碳。利用FT-IR、XRD、TEM、N2吸附/脱附等方法对有序介孔碳的结构进行了表征,研究了不同焙烧温度和模板剂用量对有序介孔碳结构的影响。结果表明,当模板剂的用量一定时,有序介孔碳的孔径、孔容和孔壁厚度都随着焙烧温度的升高而降低,但比表面积却随着微孔含量的增加而增大。随着模板剂用量的增加,介孔碳的有序性降低。有序介孔碳PF-2-500的比表面积、孔径、孔容、孔壁厚度和微孔比表面积比分别为583.82m2/g、3.05nm、0.31cm3/g、3.40nm和361.18m2/g,而有序介孔碳PF-1-500的比表面积、孔径和孔容相对于PF-2-500有所提高,分别为647.79m2/g、3.44nm和0.41cm3/g,但微孔比表面积和孔壁厚度分别降低为309.46m2/g和3.35nm。     

非织造基磁控溅射纳米银薄膜导电性能的研究

在室温条件下采用射频磁控溅射在丙纶(PP)、聚乳酸(PLA)熔喷非织造布表面生长纳米银(Ag)薄膜,并且用等离子体预处理样品进行对比。采用扫描电子显微镜(SEM)对其形貌进行表征,采用四探针测试仪对所制备的纳米薄膜的导电性能进行表征。研究溅射时间、孔隙率及孔径分布和等离子处理对非织造基纳米银薄膜的导电性能的影响。实验表明:随着反应溅射时间的增加,薄膜的方块电阻值下降,导电性能增加;孔径大小也影响薄膜的导电性能,随着孔径的增大,薄膜的导电性能降低;等离子体处理对织物表面进行刻蚀,增加了纤维的比表面积,提高了纤维的润湿性能,改善了织物的导电性能。     

石油焦基活性炭电极电容特性研究

用石油焦作原料,KOH为活化剂,在不同活化条件下制备系列不同比表面积的活性炭。用直流恒流循环实验考察活性炭电极的电化学性能。实验发现,石油焦基活性炭随着活性炭比表面积的增加,活性炭比电容逐渐增大;活性炭孔结构分布相同,随比表面积的增加,比电容线性增加,比表面积利用率降低。活性炭孔结构对比电容有较大的影响,30％KOH电解液可以进入活性炭中大于0.6nm的微孔,孔径越大,其比表面积利用率越高。     

MK_(101)催化剂受热结构及活性变化

采用化学分析、电子能谱仪、X射线衍射仪和吸附仪等方法,对由热产生的甲醇催化剂MK101的结构和活性变化进行研究。结果表明:实验室高温加热可使催化剂晶粒度增大,比表面积下降31%,平均孔径增大21%,孔容下降22.2%;工业使用的催化剂晶粒度增大,比表面积下降38.2%~56.4%,平均孔径增大21%,孔容下降51.4%~57.9%。实验室强热实验后的催化剂与工业使用后的催化剂在结构和活性变化的趋势上相同,比表面积减小和催化活性降低。实验室耐热实验对催化剂小孔径影响小,对大孔径影响大,并生成更多的大孔;而工业使用后的催化剂,对小孔的影响大,对大孔径影响小,使大量小孔变大,小孔的比率明显减小;伴随的结果是催化剂的活性下降和丧失。     

不同工艺对活性炭电吸附脱盐性能的影响

以活性炭为电极材料是利用电吸附脱盐的重点.以热解法制备了活性炭,采用酸处理及二次活化处理活性炭,并将二次活化的活性炭利用不同的工艺制成电极.研究表明:二次活化法能够使活性炭获得更高的比表面积和更大的孔容,热压和炭化结合的工艺使活性炭电极有着高的比表面积和高的孔容,适合用于苦咸水脱盐.因此,活性炭具有脱盐效果好,脱附时间短,脱盐率达到90%,是一种优良的脱盐电极材料.     

Preparation of hierarchical porous carbon by post activation

A series of hierarchical porous carbons (HPCs) have been prepared by a combination of soft-templating and post activation. As evidenced by N₂ sorption tests, the pristine mesopores were basically preserved and micropores were generated on the mesopore wall of mesoporous carbon (MC). The micropore generation on the mesoporous skeleton can be controlled by simply adjusting the KOH ratio and activation temperature. The BET surface area, mesopore surface area and total pore volume of the HPCs increase monotonously with increasing activation temperature and KOH/MC ratio. In contrast, the micropore surface area reaches the maximum at the ratio of KOH/MC of 4. Further increase of KOH/MC ratio and activation temperature reduces the micropore surface area. Structural characterizations confirm that the main mesopore channel was preserved during activation.