竹质中孔活性炭在双电层电容器中的应用研究

以毛竹废料为原料,采用磷酸活化法制备了具有较高比表面积又含有大量中孔的活性炭,根据77K氮气吸附等温线对其结构性质进行了表征,并以产品活性炭为电极材料组装双电层电容器,对其充放电性能进行了测试.实验结果表明:产品活性炭比表面积为1567m2/g,中孔体积为0.67cm3/g,中孔比例达47.18%.以该活性炭为电极材料的双电层电容器具有良好的充放电性能,既能以小电流长时间慢速充放电,又能以大电流短时间快速充放电,电极比电容达170F/g.在1000mA/g电流密度下,活性炭放电比电容为131F/g,比电容保持率为77%,功率特性良好.     

孔隙发达竹质活性炭的制备及其电化学性能

以毛竹废料为原料采用磷酸活化法制备了孔隙发达的活性炭,根据77 K氮气吸附等温线对其结构性质进行了表征.以具有最高比表面积的活性炭为电极材料组装双电层电容器,测试了其充放电性质和循环伏安特性.实验结果表明:在实验考察范围内,活化所得产品具有较高比表面积(1485～2127 m2/g)并含有大量中孔,中孔体积为0.43～0.67 cm3/g,活性炭总孔容最高达1.53 cm3/g.以活性炭为电极材料的双电层电容器具有良好的充放电性能和功率特性,电极比电容达197 F/g.     

竹炭基超级电容器电极材料的制备和电化学性质

以生物质原材料竹材为原料,将炭化所得竹炭进一步进行物理(水蒸气)和化学(KOH)活化处理,制取竹炭基高比表面积活性炭.采用氮气吸脱附、扫描电镜等方法对竹炭基高比表面积活性炭孔结构、形态等进行表征;采用三电极体系,通过恒流充放电、循环伏安等方法,对竹炭基高比表面积活性炭作为超级电容器电极材料时的充放电特性及其比电容进行考察.结果表明:800℃KOH活化得到的竹基活性炭比表面积可以达到2 365 m2/g,孔径分布在1.8～3.5 nm之间,比容量高达205F/g,并显示出很好的大电流充放电性能.     

天然焦基活性炭的制备及其电化学性能

以永城天然焦为前驱体,KOH为活化剂制备高比表面积活性炭,并将其作为超级电容器的电极材料.采用N2吸附和X射线衍射(XRD)对活性炭的比表面积、孔结构及微晶结构进行了表征,用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等电化学测试手段评价了其电化学特性.在碱炭比为4∶1,800 ℃活化1 h的条件下制备出比表面积2 441 m2/g,孔容1.5 cm3/g,中孔率67 %的活性炭.该活性炭电极在3 M KOH水溶液及1 M (C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯(PC)电解液中具有高的比电容(分别达到252 F/g,163 F/g),低的扩散阻抗(分别为0.5 Ω和6.8 Ω).     

夏威夷果壳活性炭制备及双电层电容器性能研究

以夏威夷果壳为原料,采用KOH活化以及掩埋法隔绝空气活化制备具有高比表面积的活性炭,并以此产品制成双电层电容器。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安(CV)和恒流充放电、交流阻抗等方法研究了该材料的结构、表面形态和电化学性能。结果表明,样品的BET比表面积高达1760m3/g。所制备的材料在1mol/L KOH的水系电解液中显示较好的电容性能,当电容器的电压为1.1V时,比电容为163.63F/g,具有较高应用前景。     

黑液木质素制备活性炭及其电化学性能研究

以造纸黑液中提取的木质素为原料,采用碳化-活化法制备活性炭并作为双电层电容器电极材料研究其电化学性能。考察了碳化温度与活化温度对活性炭电化学性能的影响,分析了其比表面积、孔径分布与比电容之间的关系。结果表明,以KOH为活化剂,活化剂与焦的质量比为1∶1、活化时间为1 h、碳化温度为600℃,活化温度为700℃制备的活性炭比电容达到最大,为158 F/g,其比表面积为948 m~2/g。经对比发现,在KOH水系电解液体系下,1~2 nm的微孔孔径分布情况对比电容值具有较显著的影响。此外,恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试显示所制备的活性炭电极具有较好的双电层电容器性能。     

AR沥青基双电层电容器电极材料的研究

以AR(Aromatic Resin)沥青为原料,采用化学活化法制备出了高性能活性炭,通过N2吸附对其比表面积和孔隙结构进行了表征。此外,将所得活性炭作为电极组装成模拟电容器,利用循环伏安、恒流充放电等电化学测试方法研究了模拟电容器的电化学性能。结果表明,300次充放电循环后,模拟电容器平均充放电效率保持在90%以上,在50 mA/g充放电密度下,平均比电容为187.8 F/g;500 mA/g下的平均比电容为133.8 F/g;电容保持率为71.3%,电容量衰减为4.0%。     

竹炭基高比表面积活性炭电极材料的研究

以竹节为原料，在隔绝空气的条件下，经不同温度炭化处理后与KOH混合，制取竹炭基高比表面积活性炭。考察了炭化温度、KOH与竹炭的质量比、活化温度和活化时间等工艺因素对活性炭收率、微孔结构和吸附性能的影响，探讨了竹炭基高比表面积活性炭作双电层电容器电极时的充放电特性及其比电容与各种因素的关系。研究结果表明，控制适宜的炭化、活化工艺条件可制得双电极比电容达55F／g的竹炭基高比表面积活性炭，由它组装的双电层电容器具有良好的充放电性能和循环性能，但内阻过高，大电流下充放电时电容量下降过大。     

活化工艺对石油焦基活性炭孔结构和电化学性能的影响

以石油焦为原料,KOH为活化剂,采用化学活化法制备超级电容器用活性炭材料。考察了活化温度、碱炭比及升温速率对活性炭比表面积、孔结构参数及电化学性能的影响。研究表明:原料种类及活化工艺对活性炭比表面积、孔结构和电化学性能影响显著,在碱炭比为3.5:1、活化温度为850℃、升温速率为2℃/min和保温时间为2h的优化条件下制备的活性炭,其比表面积为2824 m~2/g,中孔率为20.27%,1 mA/cm~2的放电电流密度下的有机电解液体系里比电容达169 F/g,随着充放电电流的增大,容量基本没有衰减,具有较好的功率特性。     

KOH活化法制备有机双电层电容器用高比表面积活性炭

以石油焦为原料、KOH为活化剂制备有机双电层电容器用高比表面积活性炭。考察了活化剂与石油焦的质量比（碱炭比R）对活性炭的孔结构及其比电容的影响,研究结果表明：增大活化剂用量可制得中孔含量丰富的高比表面积活性炭,碱炭比为5时所制活性炭的比表面积和总孔容分别为2646m^2／g和1．66cm^2／g,中孔率高达53．6％,以该活性炭作电极组装成的双电层电容器在1mol／L LiPF6（EC＋DMC＋EMC）有机电解液中的比电容可达173F／g,同时具有良好的充放电性能和功率特性。     

椰壳基超级电容活性炭的制备及其电化学性能研究

以椰壳炭化料为原料,KOH为活化剂,在不同工艺条件下制备了超级电容器用活性炭电极材料。考察了碱炭比、活化温度和活化时间对活性炭孔隙结构及其用作电极材料的比电容的影响。结果表明,在KOH与椰壳炭化料质量比为4:1,活化温度800℃,活化时间60 min的条件下,可制得比表面积2891 m²/g,总孔容积1.488 cm³/g,中孔率73.6%,比电容达235 F/g的优质活性炭电极材料。     

环糊精基活性炭的制备及其电化学性能

以环糊精为原料,采取先炭化后活化的方式,制备了具有高比表面积和丰富孔道结构的活性炭材料。本文通过改变KOH与环糊精炭化样品之间的碱炭比,研究了KOH用量对环糊精基活性炭结构及其电化学性能影响。在活化时间、活化温度等因素不变的情况下,活性炭的比表面积、总孔容及比电容随着碱炭比的提高,均呈现先增大后减小的趋势。当碱炭比为3时,活性炭的比表面积为1672m²/g,总孔容为0.75cm³/g,具有最佳的电容性能,在1A/g电流密度下比电容可达165F/g,优于同等条件下的商业炭21KSN（145F/g）,50000次循环后的比电容保持率为98.7%。     

Ni(OH)2/活性炭复合材料在超级电容器中的应用

用化学沉淀法在活性炭(AC)表面和微孔内掺杂不同量的氢氧化镍,制备了氢氧化镍-活性炭[Ni(OH)2-AC]复合材料. 用X射线衍射(XRD)和氮气吸附等温线等对活性炭和复合材料进行表征,结果表明,所制材料为b-Ni(OH)2-AC复合材料. 对不同掺杂量的b-Ni(OH)2-AC复合材料的电化学性能进行了研究,循环伏安、恒流充放电实验表明,少量氢氧化镍掺入活性炭表面和微孔中,所得材料的比电容较活性炭有所提高,并具有良好的充放电性能;当氢氧化镍的掺入量为6%(w)时,所制备的超级电容器单电极表现出优良的电化学性能. 以活性炭电极作负极,复合材料作正极制成复合型超级电容器,循环性能测试发现,掺入6%(w)氢氧化镍的复合材料制成的Ni(OH)2-AC/AC复合型超级电容器比电容高达330.7 F/g,比活性炭(AC/AC)超级电容器比电容(245.6 F/g)提高了34.6%,且Ni(OH)2-AC/AC复合型超级电容器具有更好的循环充放电性能.     

木质素基活性炭氮掺杂改性及其电化学性能

以磷酸法木质素基活性炭为原料, 三聚氰胺为氮源、KOH为活化剂, 采用同步掺杂方式制备了氮掺杂活性炭(NAC)。通过BET、XRD、拉曼光谱和XPS表征手段测试了改性后活性炭的结构及其组分, 并通过电化学表征手段, 测试了其作为超级电容器电极材料在几种不同性质电解液中的性能, 初步探究了电解液对电极材料电化学性能的影响机制。实验结果表明: 改性后的活性炭具有丰富的孔结构, 比表面积达到2 332 m²/g, 微孔孔容为1.37 cm³/g, 中孔孔容为0.74 cm³/g, 平均孔径为2.79 nm, 含氮元素7.5%, 其中类石墨型氮(N-Q)结构达到34.6%。丰富的孔结构和氮含量大幅提升了活性炭的电化学性能, 其在水系电解液中展现出了高比电容, 在1 A/g的电流密度下比电容最高可达424 F/g; 在有机系电解液中, 尽管其在1 A/g的电流密度下比电容最高仅为87 F/g, 由于其工作电压窗口更宽(0~2.5 V), 因此具备了更高的能量密度。对结果进行分析, 发现: 活性炭电极材料在水系电解液中的性能主要受电解液水合离子半径影响, 而在有机系电解液中的性能主要受电解液黏度的影响。     

活性炭的微结构与超级电容器性能的构效关系

以生物质柞木为原料,采用不同活化法制备具有不同结构特征的柞木基活性炭,利用N₂吸附、FT-IR、XPS、XRD、Raman光谱等表征手段对活性炭的微结构特性进行解析,探究活化方式对活性炭微结构性能的影响;微结构与超级电容器性能的构效关系。研究表明： KOH和H₃PO₄-KOH法制备的活性炭微孔发达,炭结构表面缺陷位与杂原子丰富,在低电流密度下表现出更高的比电容;H₃PO₄-KOH法制备的活性炭具备更宽的微介孔分布与孔道连通性,使其具有更好的电容保持率;CO₂、H₃PO₄和H₃PO₄-CO₂法制备的活性炭介孔发达,微孔体积小,孔道连通性差,炭结构相对完整,裸露于炭结构表面的缺陷与杂原子相对较少,尽管电容保持率较高,但比电容较低。因此,高性能的超级电容器活性炭电极应具有发达的微孔结构、较宽的微介孔分布、通畅的微介孔连通结构,同时含有更多的裸露于炭结构表面的结构缺陷与杂原子基团,从而提高超级电容器的能量密度。     

不同活化法制备的焦化除尘灰基活性炭的性能比较

采用焦化除尘灰为原料,分别用水蒸气和KOH为活化剂制备焦化除尘灰基活性炭,并对所制的活性炭进行碘吸附值、BET比表面积、孔径分布、孔容以及表面形貌测试。实验结果表明,采用KOH活化法制备的活性炭吸附性能强于采用水蒸气活化法制备的活性炭。氢氧化钾活化法制备的活性炭为中孔孔型,BET比表面积达275.51 m2/g。     

化学-物理混合活化法对超级电容器用活性炭的改性研究

以活性炭粉末为原料,采用氢氧化钾-水蒸气混合处理法制备超级电容器用活性炭电极材料。通过N2吸附法对材料的比表面和孔结构进行研究,发现活性炭的孔结构和孔径分布得以改善。通过循环伏安和交流阻抗等方法研究活性炭电极的电化学性能,结果表明,超级电容器电化学窗口可以达到4．47,充放电为97．3％,单电极比容量为245．3F／g。通过此方法处理后的活性炭更适宜用作超级电容器的电极材料。     

KOH活化法制备气化稻壳活性炭及其吸附性能

以气化稻壳炭(GRHC)为原料,KOH为活化剂制备活性炭,研究了不同活化温度和碱炭比对活性炭得率、比表面积、孔径分布以及碘值的影响.利用全自动气体吸附分析仪、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜等仪器对活性炭的理化性质进行表征,并通过吸附等温线、吸附动力学探讨其对甲基橙的吸附机制.结果表明:活化时间为1h时,随...     

表面积对煤基电容炭电化学性能的影响

以河北无烟煤为原料,KOH为活化剂,采用化学活化法制备具有高比表面积的煤基电容炭,考察煤基电容炭的比表面积对无机/有机体系下双电层电容器电化学性能的影响。结果表明:随着碱煤比的增加,所制电容炭的比表面积、总孔容和中孔率增加。当碱煤比达到3.5时,所制电容炭的比表面积、总孔容和中孔率分别为3 389 m2/g、2.041 cm3/g、49.9%。可以看出,对于无机/有机体系,在相同的比表面积变化规律下,电容器电化学性能的变化规律略有不同。当碱煤比小于2时,所制电容炭的比表面积小于2 400 m2/g,此时对于无机/有机体系,电容器的比电容变化规律相同,比电容都随比表面积的增大增幅明显。当碱煤比大于2时,所制电容炭的比表面积大于2 400 m2/g,此时随着比表面积的继续增大,对无机体系,电极材料的比电容几乎维持不变,比电容最高可达331 F/g;对有机体系,电极材料的比电容增幅减缓,比电容最高可达192 F/g。当碱煤比为2时,电容炭的比表面积为2 382 m2/g,此时无论对于无机体系还是有机体系,电容器在保持相对较高比电容的同时具有相对较高的电容保持率。由此可知,一定程度上,提高电极材料的比表面积有利于提升超级电容器的电化学性能。制备具有适宜比表面积的电容炭,在得到较高电容性能电容器的同时更能有效控制成本。同时,以煤为原料制备电容炭,可提升煤的附加值,具有很好的市场前景。