CoO改性炭电极电化学电容器研究

以普通活性炭为基材,用Co(NO_3)_2溶液浸渍和高温热解法制备改性炭材料。采用循环伏安、恒流充放电、漏电流测试等电化学方法研究了由改性炭电极构成的电化学电容器的性能。结果显示虽然改性炭的比表面积比原炭有所下降,但是比电容却显著增加,从130.1F/g增加到198.8 F/g,提高了52.8%;其相应的体积比电容高达136.9 F/cm~3。     

酚醛泡沫NaOH化学活化制备超级电容器用活性炭

以酚醛泡沫碎屑为原料,采用NaOH活化法制备比表面积为1750m2·g-1的高比表面积活性炭,采用该材料作为电极材料,组装成超级电容器,并对它进行了恒电流充放电实验、循环伏安实验和交流阻抗等实验,结果表明,在炭化温度为800℃,碱炭比为2,活化温度为700℃时,制备的活性炭作电极材料组装的电容器的比容量达266.1F/g,具有良好的充放电性能和循环性能.     

氮掺杂微孔活性炭制备及其超级电容性能

以土豆为碳源,乙二胺为氮源,氢氧化钾为活化剂制备具有微孔结构高比表面积氮掺杂活性炭。通过N_2物理吸附、扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱和元素分析研究活性炭比表面积、孔结构、形貌及元素组成,并测试其电化学性能。结果表明,当碱碳质量比为5∶1时(NC600-800-5),活性炭材料比表面积最高2 440 m~2·g~(-1)、孔容最大1.07 cm~3·g~(-1)、孔径最大0.82 nm和1.80 nm。电流密度1 A·g~(-1)时比电容可达370 F·g~(-1),经3 000次循环充放电后,比电容保持率为95.2%。     

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%。     

玉米芯电容炭的制备及其电化学性能

以玉米芯为原料,经Zn Cl_2一步活化法制备超级电容器用电容炭电极材料。采用低温N_2吸附、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及X射线光电子能谱(XPS)等手段系统表征电容炭的微观结构及表面性质,并利用恒流充放电、循环伏安和漏电流等测试手段研究其在无机电解液体系(KOH)中的电化学性能。研究表明:在Zn Cl_2/玉米芯浸渍比为2:1、700℃的条件下活化1h可制备出比表面积为1340m~2/g、总孔容为1.135cm~3/g、中孔率高达97.7%的玉米芯电容炭。将其用作电极材料表现出良好的电化学特性,在50m A/g的电流密度下质量比电容为159F/g,2500m A/g电流密度下比电容仍可达137F/g,1000次循环后比电容保持率为92.5%,漏电流仅为1.9μA。结果表明:玉米芯电容炭具有良好的倍率特性和循环性能,是一种理想的电化学电容器用电极材料。     

制备工艺对酚醛树脂基炭分子筛性能影响

以工业酚醛树脂㈣为碳源,三嵌段聚合物F127作为模板剂制备炭分子筛材料。采用TG、SEM、FTIR和N_2-BET等表征手段对制备的炭分子筛进行了表征,研究了前驱体制备工艺对炭分子筛孔径分布的影响。结果表明,F127用量、搅拌时间、反应温度对炭分子筛孔径分布影响很大。在酚醛树脂与F127质量比1:1,反应温度45℃,搅拌时间6 h,800℃炭化条件下制备的炭分子筛孔径分布最为集中,BET比表面积和单点总孔容分别为716.59 m~3·g~(-1)和0.55775 cm~3·g~(-1)。     

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。     

氮掺杂中孔炭的制备及其电化学性能研究

以酚醛树脂为原料,二氧化硅为模板,尿素为氮源,通过简单的混合、炭化、脱模板制备了掺氮中孔炭。采用透射电镜、物理吸附技术、红外及元素分析对产品的孔结构及组成进行了分析;利用三电极体系,测试了材料的循环伏安、交流阻抗、恒流充放电性能。结果表明,所得氮掺杂中孔炭具有较高的比表面积及比孔容,比表面积为938~1 212 m~2/g,比孔容为2.19~2.68cm~3/g,平均孔径为8.8~9.3 nm。较低的炭化温度利于固氮,700℃下炭化的样品氮含量为2.38%。在电解质为6 mol/L的KOH溶液的三电极体系、电流密度为50 mA/g下,700℃炭化得到的中孔炭比电容值达200 F/g。     

煤系腐植酸基层次孔炭的制备及电化学性能

为提高煤炭利用率,以煤系腐植酸为前驱体,KOH为活化剂,在较低碱炭比(≤1)和活化温度(700℃)条件下制备双电层电容器用炭电极材料。利用低温N_2吸附对所制炭材料进行孔结构表征,采用恒流充放电、循环伏安和漏电流测试等手段评价其在3 mol/L KOH中的电化学性能。结果表明,所制炭材料呈现典型的层次阶梯孔径分布,孔径主要分布在0. 5～5. 0 nm,包括0. 5～1. 8 nm微孔和3. 5～4. 6 nm中孔;氧元素含量均超过20%。随着碱炭比升高,相应炭材料含氧量、比表面积、总孔容和微孔孔容逐渐升高,最高分别为26. 67%、878 m~2/g、0. 66 cm~3/g和0. 407 cm~3/g;中孔率先升高后降低,最高为62. 1%。微孔主要是腐植酸在活化过程中挥发分析出和部分含氧官能团热解形成的,高的中孔率主要由于钾的扩孔作用。4种层次孔炭电极材料在3 mol/L KOH电解液中具有良好的充放电可逆性和典型的双电层电容特性,其质量比电容、比电容保持率最高分别达256 F/g、84%,漏电流≤0. 015 m A。各炭材料具有合理的孔径分布,同时含有丰富的含氧官能团,有利于缩短电解质离子在电极材料内部的扩散路径,提高电极材料与电解液的润湿性,降低扩散阻力,是一种理想的双电层电容器用炭电极材料。     

石油焦基多孔炭电极材料的制备及调控

以石油焦为原料,氢氧化钾为活化剂,采用化学活化法制得中孔丰富、比表面积高的多孔炭。通过硝酸铁溶液浸渍,再经高温热处理,或在高温过程中通入CO2,对多孔炭进行孔结构深度调控。将所制多孔炭用作电化学电容器电极材料,通过恒流充放电、循环伏安测试其电化学性能,采用氮气吸附法测定多孔炭的比表面积及孔径分布。结果表明:KOH与石油焦质量比为3∶1,活化温度850℃,活化时间90 min时,可以制得比表面积为2 738 m2/g,总孔容为1.51 cm3/g,中孔率为43.2%的多孔炭,在电流密度为100 mA/g时,该电极在6 mol/L KOH电解液中的比电容值高达256.6 F/g。多孔炭经金属盐溶液浸渍并经CO2二次活化后,中孔率由43.2%提高至70.7%,尽管因比表面积的下降造成了电极比电容值的下降,但由于中孔率的提高,电极的充放电速率明显加快。     

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%。     

纳米木质素基多孔炭的制备及其电化学性能

基于绿色低共熔溶剂（DES）高效分离麦草生物质组分以制备纳米木质素（LNP）,本文采用化学活化法并进一步热解炭化制备纳米木质素基多孔炭（LNPC）。借助SEM、Raman、BET-物理吸附等分析手段研究了锌系活化剂及热解炭化温度（600℃、700℃、800℃）对LNPC的结构特征及电化学性能的影响。研究结果表明,相对于LNP直接热解炭化后纳米碳粒子的极易团聚,经锌化物活化后所制备的LNPC表现出更好的分散性和多级孔道形貌结构。尤其,以ZnCO₃活化后制备的LNPC-ZnCO₃-800具有更突出的性能,较高石墨化程度（I_D/I_G为0.68）、较高BET比表面积（679m²/g）、高介孔率（86.7%）、均匀纳米碳粒子构成的介孔结构。此外,以LNPC-ZnCO₃-800制备的工作电极,在0.5A/g时的比电容可达179F/g,与直接热解炭化的LNPC-800（64F/g）相比,其比电容的容量提高了180%。     

神华烟煤活化制备电化学电容器电极材料的研究

以神华烟煤为前驱体,KOH为活化剂制备高比表面积活性炭。采用N_2吸附法对活性炭的比表面积、孔容和孔结构进行了表征,并评价了其用作超级电容器电极材料的电化学特性。在碱炭比为4:1,800℃活化1 h的条件下制备的活性炭比表面积达3 134.28 m~2·g~(-1),总孔容1.96 cm~3·g~(-1),中孔率87.94%。该活性炭在3 mol/L KOH水溶液及1 mol/L(C_2H_5)_4NBF_4/碳酸丙烯酯(Propylene carbonate PC)电解液中均具有高的比电容(分别为281 F·g~(-1),155 F·g~(-1))和低的等效串联内阻。     

模板法制备有序中孔炭材料及其性能

以SBA-15为模板,蔗糖为炭源,在不同的炭化温度下合成了不同比表面积的中孔炭材料。利用红外光谱(IR), 小角X射线衍射(XRD), 透射电镜(TEM),N₂吸脱附及循环伏安测试等技术考察了不同炭化温度对中孔炭材料形貌、比表面积、孔体积及比电容的影响。结果表明：最佳炭化温度为700℃,TEM观测表明,700℃炭化所制备的样品孔结构呈二维六角有序分布,N₂吸脱附测试表明,该样品的孔体积为1.88 cm³•g^-1,比表面积为1394 m²•g^-1,具有典型的中孔结构和集中的中孔分布,它的最可几孔径为3.4 nm;采用循环伏安测试电极及电容器的电化学行为,结果显示,该样品单电极在6 mol•L^-1的KOH电解液中,扫描速度为1 mV•s^-1时,比电容可达212 F•g^-1,是一种理想的超级电容器电极材料。     

酚醛树脂为原料制备双电层电容器用电极材料的工艺研究

以酚醛树脂为原料，NaOH为活化剂制取双电层电容器用高比表面积活性炭电极材料，考察了炭化温度、活化温度、活化剂用量、活化时间等工艺参数对活性炭比电容的影响。实验结果表明，在炭化温度为600℃，活化温度为900℃，碱炭比为4，活化时间为1h的工艺条件下，制得的高比表面积活性炭比电容可达58．8F／g，用它组装成的电容器具有良好的充放电性能和循环性能，既能在大电流下快速充放电也能在小电流下缓慢充放电，但存在微孔所占比例较高引起的分散电容效应，这是大电流下放电容量有所下降的主要原因。     

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。     

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。     

PF与PVB共混炭化制备双电层电容器用多孔炭材料的研究

以酚醛树脂(PF)为原料，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为成孔剂，采用聚合物共混炭化法制备双电层电容器用多孔炭材料。通过热重(TG)和差热(DTA)分析，初步探讨了单一PF、PVB和PF、与PVB的共混物在炭化过程中的热解行为。考察了炭化温度和PF／PVB质量比对所得多孔炭的收率、BET比表面积、孔径分布和比电容的影响，并进一步探讨了以这种多孔炭材料作电极的模拟双电层电容器的充放电特性。结果表明，共混聚合物中PF与PVB是不相容的，热解过程各自独立进行，但存在一定的协同作用。随着炭化温度的升高，所得多孔炭的收率下降，比表面积、总孔容积和比电容先增大后减小，在800℃时达到最大值。随着PF／PVB质量比的增加，所得多孔炭的收率增加，比表面积和总孔容减小，比电容也减小。聚合物的混合方式及状态也是影响多孔炭性能的因素之一。以比电容为26．3F／g的多孔炭作电极的模拟双电层电容器具有良好的充放电性能。     

酚醛树脂基多孔炭材料制备的研究

以酚醛树脂为炭前驱体、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为造孔剂,采用聚合物共混炭化法制备了多孔炭材料,考察了造孔剂PVB的含量、炭化温度和炭化时间对多孔炭材料比表面积和孔结构的影响.结果表明,在造孔剂PVB的含量为40%、炭化温度为700℃、炭化时间为1.0 h的条件下,可制得BET比表面积为540.4 m2·g-1、孔容为0.37 cm3·g-1、平均孔径为7.298 nm的多孔炭.     

硼/氮共掺杂多孔碳纳米片的制备及其电化学性能

以煤系腐殖酸铵为前体,硼酸为多功能助剂,在700℃和800℃下一步炭化成功制备了B/N共掺杂多孔碳纳米片,并考察了其用作超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明,该B/N共掺杂多孔碳纳米片具有发达的孔结构和较高的中孔率（36.15%和40.84%）,富含氮（6.04%和6.01%）、硼（3.97%和4.18%）、氧（17.01%和16.87%）等杂原子,赋予相应电极材料较好的导电性、良好的润湿性和快速的离子扩散性能。BNHC-700和BNHC-800在0.05A/g电流密度下的比电容分别为114F/g和118F/g,后者还具有优异的倍率性能（5A/g下的比电容保持率高达75.21%）。BNHC-700和BNHC-800的循环稳定性良好,在2.5A/g电流密度下10000次恒流充放电后的比电容保持率分别高达99.84%和98.57%。