三聚氯氰衍生多孔炭的制备及其电化学性能研究

多孔聚合物因具有高比表面积、孔结构可调性、孔隙结构丰富、合成方法多样而引起了广泛关注,在储能领域,可将其炭化后应用在超级电容器的电极材料中。在这项工作中用溶剂热法制备出多孔聚合物(PSC),以PSC为前驱体,一步炭化法制备多孔炭PSC-T。结果表明：多孔炭PSC-T具有石墨化结构,含有大量介孔。其电化学性能优异,在电流密度为1.0A/g时,比电容为190.1F/g,经过5000次的循环充放电后,比电容保留率为90%。     

基于纤维素纤维的多孔碳材料的制备及应用

采用选择性表面溶解（SSD）法将纤维素纤维表面部分溶解,固化后形成多孔结构,最后在Ar气氛中炭化制得多孔碳（HPC-SSD）材料,HPC-SSD材料具有大的比表面积和三维多孔结构。通过SEM、BET、FTIR、XRD及电化学测试,系统地研究了针对纤维素纤维的两种活化预处理方法对HPC-SSD材料的形貌、化学组成、比表面积及电化学性能的影响。通过与纤维素纤维直接炭化所得的多孔碳（HPC）材料的相关性能进行比较发现,HPC-SSD材料的成孔过程更加稳定,有利于大量微孔的形成。采用去离子水→丙酮→二甲基乙酰胺对纤维素纤维进行活化预处理,制得的HPC-SSD材料比电容为226 F·g-1（两电极体系）,是HPC材料的4.5倍,比未经过活化预处理的HPC-SSD材料提高了40%。      

聚丙烯腈基碳纳米纤维在超级电容器电极材料中的应用研究进展

超级电容器是一种介于电池和传统物理电容器之间的新型环保储能器件,近年来得到了研究者的广泛关注。电极材料是超级电容器的核心部分,因此具有更高的研究价值。聚丙烯腈基碳纳米纤维因具有良好的静电纺丝性、较高的碳化产率、优异的纳米结构、超高的比表面积以及优良的导电性和稳定性,已经成为超级电容器电极材料的研究热点。本文主要介绍了聚丙烯腈基交联结构和多孔结构碳纳米纤维电极材料,元素掺杂电极材料以及与碳材料、导电聚合物、金属氧化物复合的电极材料,并对聚丙烯腈基碳纳米纤维电极材料未来的研究方向进行了展望。     

有机金属盐基介孔碳的制备及其电化学性能研究

以乙二胺四乙酸钙为原料,采用直接碳化法制备介孔碳电极材料。N2吸附测试表明,所制备的碳材料为典型的介孔材料,材料的比表面积随着碳化温度的升高而增加,平均孔径呈现先增加后减小的趋势。电化学测试表明,CaC-700、CaC-800和CaC-900具有优异的电化学电容特性,在较高的输出功率下仍能保持较高的能量密度,说明介孔表面在高功率输出时能够得到较充分的利用。这类介孔碳在对能量密度和功率密度都有较高要求的场合具有良好的应用前景。     

纤维素基碳材料及其在超级电容器中的应用进展

能源枯竭和环境污染问题日益严重,新型可持续能源的开发迫在眉睫.超级电容器作为电化学能量存储设备,具有容量大、功率密度高、循环寿命长等优势,逐渐成为研究热点.纤维素是自然界中广泛存在的一种天然高分子化合物,具有绿色、环保、可持续、成本低的特点,制备的碳材料有独特的孔结构和大的比表面积,使其在超级电容器方面的应用成为一个主...     

超级电容器电极用N-掺杂多孔碳材料的研究进展

多孔碳材料作为双电层电容器的主要电极材料,已成功应用于商业化超级电容器。但作为电极材料,纯碳材料表面疏水、内阻较大、电容较低等缺点使其进一步发展受到制约。近年来,随着超级电容器的迅速发展,氮掺杂多孔碳材料作为其电极材料引起研究人员的广泛关注,并采用不同的制备方法成功合成了一系列结构不同、性能优异的氮掺杂碳材料。基于超级电容器氮掺杂多孔碳电极材料的最新研究进展,首先介绍了氮在碳材料中的基本存在形式及对碳电极材料性能的影响,然后重点评述了氮掺杂碳电极材料的制备,最后总结了超级电容器氮掺杂碳材料的发展趋势。     

聚酰亚胺基氮掺杂碳电极材料的制备及电化学性能研究

由于氮掺杂多孔碳材料不仅保留原有材料的高比表面积、高孔隙率和发达的孔道结构等优势,还兼具杂原子良好的润湿性能和导电性,被广泛应用于超级电容器电极材料的研究。以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为原料,通过水热法,在高温高压的条件下,分子链进行“自上而下”的折叠,形成三维纳米微球结构。借助对纳米球的高温热解,使氮元素保留在碳材料中,得到含有大量微孔和介孔结构的掺杂氮碳微球。当碳化温度达到800℃时,PI碳球具有709.39m²/g的高比表面积和良好的氮掺杂率,很大程度上提高了此类电极材料的比电容和润湿性能。电化学测试表明,当扫描速率为0.5A/g时,电极材料能够达到253.6F/g的比电容,且在电流密度达到10A/g时,电极材料的电容保持率为59.6%。同时,在循环10000次后,比电容保持率出现涨幅达到105%,具有优异的循环稳定性。综上,通过自组装和氮掺杂的有效结合,制备的3D氮掺杂多孔碳微球具有理想的电化学性能,为制备超级电容器电极材料提供了一种可供参考的工艺。     

多孔碳化聚苯胺/碳纳米管的制备及性能研究

具有较高电化学性能的一种新型多孔碳化的聚苯胺包覆碳纳米管电极材料被成功的制备,它是先通过原位聚合形成聚苯胺包覆碳纳米管复合材料,然后在氩气条件下850℃碳化制得的。该电极材料在0.5A.g-1电流密度下和1mol/L H2SO4电解液中拥有209F.g-1的比电容,远高于相同条件下碳纳米管的比电容20F.g-1。这应该归因于该电极材料比表面积的提高和来自碳化聚苯胺层中氮原子掺杂诱导的赝电容效应,同时也说明了该材料在超级电容器应用中是一种比较有希望的电极材料。     

胡萝卜基分级多孔炭材料的制备及电化学性能研究

以胡萝卜为炭源,采用KOH对胡萝卜炭进行活化,制备出具有高比电容的分级多孔炭材料。利用SEM、X射线衍射分析、低温氮气吸脱附等手段对制备的材料进行形貌及结构分析,结果表明,不同碱炭比会造成炭材料不同程度的结构变化,在碱炭比为2∶1时,所制备的炭材料孔隙结构分布最佳,比表面积高达3 111.45 m²/g,总孔容为1.51 m³/g。循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)等电化学测试表明,在最佳活化条件下制备的胡萝卜基多孔炭材料制成的电极在6 mol/L KOH电解液、0.5 A/g电流密度条件下比电容为486 F/g,表明材料具有良好的电容性能;当电流密度提升20倍时,电容量保留为原来的86%,表明材料具有良好的倍率性能;10 A/g电流密度下经8 000次循环后,电容保持率为97.3%,表明材料具有良好的稳定性。胡萝卜基多孔炭材料制成的电极片所组装的水系超级电容器器件能量密度可达14.67 Wh/kg,功率密度为1 000 W/kg。     

氯金酸辅助制备核壳结构多孔碳球及其电化学性能

为提高多孔碳球作为超级电容器电极材料在电解液中的离子迁移速率,通过水热法设计制备了以碳球为外壳,金纳米颗粒为核心的核壳结构复合材料(CS-Au)。之后通过KOH活化,制备的样品(PCS-Au)比表面积可达到962.48m²/g。结果表明：在0.5A/g的电流密度下,PCS-Au表现出225F/g的比容量,相较于纯多孔碳球(PCS)比容量提高了28.5%。使用螺旋季铵四氟硼酸盐和乙腈混合溶液(CF4301)作为电解液,组装成纽扣式对称型超级电容器后,PCS-Au在功率密度为1000W/kg的情况下能量密度为27.63Wh/kg。并且在1A/g电流密度下,经过20000圈循环稳定性测试后容量保持率为104.76%,性能无衰减,展现出很好的循环稳定性。精心设计的核壳结构与较大的比表面积,优异的导电性及丰富的孔结构降低了材料电阻并可以容纳更多的电解液,导致Au纳米颗粒@多孔碳球是一种极具应用价值的超级电容器电极材料。     

柚子皮基层次孔炭的制备及电化学性能

以柚子皮水热炭为前驱体,KOH为活化剂,800℃活化制备层次孔炭电极材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附法对活性炭的表面形貌和孔结构进行了表征,并评价了其在无机电解液体系(3mol/L KOH)中的电化学性能。结果表明,碱碳比为1∶1时制备的活性炭呈蜂窝状结构,其比表面积、总孔容分别达到1421 m2/g和0.7626cm3/g,相应的电极材料具有典型的双电层电容特性,质量比电容和体积比电容分别达到226F/g和250F/cm3(电极片密度为1.1g/cm3),1000次循环之后电容保持率达到91.45%。与柚子皮直接活化制备的电极材料相比,质量比电容和体积比电容分别增加了31.40%和37.36%。     

木质素基模板炭的制备及电化学性能

以造纸黑液碱木质素为碳前驱体、硅藻土为模板,采用高温烧结和水热活化制备有序排列的硅藻土模板炭.利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对其进行分析与表征,并通过测试恒电流充放电、循环伏安法、交流阻抗、循环寿命等来研究其电化学性能.结果表明:所制备的模板炭生长在硅藻土的孔隙中,呈现出中空管状结构.当木质素/硅藻土质量比为1:1,将其于900℃烧结2 h后,再通过180℃水热反应活化10 h,制备的模板炭电极材料具有较好的电化学性能.在电流密度为0.5 A/g时,该材料的质量比电容可达207.65 F/g;而在电流密度为2 A/g时,经过5000次循环充放电后,其比电容保持率仍达到95.4％,这表明所制备的木质素基模板炭材料具有良好的电化学性能.     

还原氮化法制备多孔氮化钛粉体及其电化学性能

以乙醇为氧供体,四氯化钛为钛源,采用非水解溶胶-凝胶法制备多孔TiO2粉体,再经900℃氨气还原氮化合成多孔TiN粉体。利用XRD、SEM和BET表征粉体的物相、形貌及孔结构。结果表明,还原氮化产物为NaCl型立方TiN,颗粒呈球形团聚体,晶粒尺寸均匀,直径约30nm,同时具有平均孔径为22nm的介孔结构,孔容为0.18cm3/g,比表面积为34m2/g。循环伏安测试表明TiN粉体具有良好的功率特性,交流阻抗图谱显示其电阻较小,约为1.44Ω。恒流充放电测试表明TiN粉体的比电容达到81F/g,且能量密度随着功率密度增加而缓慢减小。由此可知,该多孔TiN粉体在超级电容器领域有应用潜力。     

电化学电容器复合电极材料铜氧化物/多孔炭的制备及电化学性

通过化学沉积法制备了金属铜氧化物/多孔炭复合电极材料,考察了热处理温度及金属铜氧化物负载量对其理化性能的影响.测试结果表明,热处理过程能有效改变铜氧化物的形态,而铜氧化物的形态影响着复合电极材料的电化学行为.当多孔炭电极负载20wt%铜氧化物时,其循环伏安曲线出现较强的峰值电流,但其电化学性能不稳定,这种情况随着负载量的减少而有所改善.当负载3wt%金属铜氧化物时,其单电极比电容达到325F/g,高于空白多孔炭的比电容（256F/g）.     

废纸纤维素/壳聚糖膜的制备及性能

为增强壳聚糖膜的力学性能,制备了废纸纤维素/壳聚糖膜.以包装废弃瓦楞纸为原料,通过碱处理和漂白处理得到再生纤维素,再以不同组分与壳聚糖制备成膜,并对不同原料膜进行形态观察和力学性能检测.研究结果表明:废纸纤维素呈丝状,纤维直径约为15～20μm,结晶度较原始瓦楞纸有大幅提高;当在质量分数为2％的壳聚糖溶液中添加相对质量分数为5％的废纸纤维素时,废纸纤维素/壳聚糖膜力学性能最好,最大拉伸强度达52.3 MPa,断裂伸长率超过20％,纤维素分布均匀.     

玉米芯活性炭的制备及其电化学性能研究

以玉米芯为原料,采用KOH活化法制备超级电容器用活性炭。利用低温氮气吸附及恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法测定活性炭的孔结构及其用作电极材料的电化学性能。研究了脱灰对玉米芯活性炭孔结构及其电化学性能的影响。结果表明,在碱炭比3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下,可以制备出比表面积为2019m2/g、总孔容为1.084cm3/g、中孔率为15.6%的高比表面积活性炭。玉米芯经脱灰处理可以显著改善其所制活性炭的孔隙发达程度和中孔分布,脱灰玉米芯活性炭的比表面积、总孔容及中孔率分别可达2311 m2/g、1.246cm3/g和26.0%。玉米芯活性炭电极材料在3mol/L KOH的电解液中具有良好的电化学性能,其比电容量可达253F/g。脱灰玉米芯活性炭电极的比电容量更高(可达278F/g),比电容提高9.9%,且内阻更小。     

西瓜皮基层次孔炭的制备及其电化学性能

以西瓜皮的炭化料为前驱体,KOH为活化剂(碱炭比1∶1~4∶1),在800℃下活化1h制备超级电容器用活性炭电极材料。利用低温N2吸附法对活性炭的孔结构进行表征,采用恒流充放电、循环伏安和漏电流等测试方法评价了其在无机体系(3mol·L-1 KOH)中的电化学性能。结果表明,4种活性炭均属层次孔炭,孔径集中分布在0.8~4.5nm之间,包括0.8~2.0nm之间的微孔和2.0~4.5nm之间的中孔;比表面积、总孔容和中孔率最高分别达2480m2·g-1、1.521cm3·g-1和78.8%。4种活性炭电极材料的充放电可逆性良好,具有典型的双电层电容特性,质量比电容、比电容保持率最高分别达258F·g-1、84.9%,是一种理想的电化学电容器用活性炭电极材料。     

石墨烯/炭气凝胶的制备及其结构与性能研究

以间苯二酚(R)和甲醛(F)为炭前驱体原料, 通过溶胶-凝胶法制备石墨烯/炭气凝胶复合材料。采用XRD、Raman、SEM和N₂吸附/脱附等对样品进行结构表征。结果表明: 石墨烯为R和F的聚合提供形核场所, R和F首先在氧化石墨烯(GO)表面聚合, 随着RF含量的增加, 复合炭气凝胶(RF)结构从石墨烯薄片层为骨架的三维网络, 经RF基炭球包裹于石墨烯的网络结构, 最终转变为球形团簇交联的三维网络。石墨烯/炭气凝胶复合材料的比表面积随着RF的增加先增大后减小。当GO与RF质量比为1︰100时, GO/RF-100用作超级电容器电极材料, 在6 mol/L KOH电解液中的比电容达169 F/g, 具有较好的电容特性。     

聚酰亚胺基活性炭的制备及其电化学性能的研究

通过炭化和进一步KOH化学活化的方法制备了聚酰亚胺基炭材料, 并将其用作双电层电容器电极材料. 采用DFT、XPS方法对其孔结构和表面化学性质进行了研究, 并通过恒流充放电等方法探讨了其电化学特性. 结果表明: 样品CPI的质量比电容是双电层电容和表面氮原子(尤其是N-5)所提供的赝电容共同作用的结果. 经活化后, 样品API比表面积达到1941m²/g, 主要形成0.7～2.0nm之间的微孔, 氮原子的影响可以忽略, 在50mA/g的放电电流密度下质量比电容达300F/g, 且电流密度达到1000mA/g时, 电容保持率仍为86.1%; 交流阻抗测试也表明样品API具有良好的双电层电容特性, 是一种新型的双电层电容器电极材料.     

清江河虾头胸甲基富氮/氧分级多孔叠炭片的制备及电化学性能

以废弃的清江河虾头胸甲为原材料,采用简便的一步二氧化碳炭化活化处理工艺,使头胸甲中的部分氮/氧元素以原位掺杂的形式保留,同时以头胸甲叠层中均匀分布的碳酸钙作为原位模板,快速制得富氮/氧共掺杂分级多孔叠层炭片材料.用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、激光拉曼光谱仪和比表面积测定仪等对样品进行了表征.结果显示,富氮/氧共掺杂分级多孔叠层炭片具有相互贯通的"特大孔-大孔-介孔-微孔"多级孔道,并具有高的比表面积(1012.2 m2/g)和孔体积(0.975 cm3/g)、高的氮含量9.15％(质量分数)和氧含量26.0％(质量分数).基于这些独特的结构特征,头胸甲基叠层生物多孔炭展现出优异的电化学性能:在电流密度为0.5 A/g时,最高质量比电容高达380.2 F/g;当电流密度增加到10 A/g时,质量比电容仍有187.5 F/g,说明该电极具有较好的倍率性能.在10 A/g的充放电电流密度下循环5000次后,头胸甲基叠层生物多孔炭的容量保持率高达93.6％.优良的电容性能显示废弃的清江河虾头胸甲在超级电容器电极材料方面具有很好的应用前景.