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。     

KCl模板法制备煤沥青基活性炭及其电化学性能

以煤沥青为前驱体,以KCl为模板剂,采用KOH直接活化法制备了超级电容器用活性炭。研究了KCl添加量对活性炭比表面积、孔径分布及电化学性能的影响。结果表明:适当的KCl添加量有利于改善活性炭的孔径分布,而且有利于提高活性炭的微孔比例,活性炭的微孔比例最高达到81.19%;KCl与沥青、KOH添加比例为1∶1∶4时,所制备的活性炭具有最佳的电化学性能,充放电电流密度为0.5 A/g时,比电容达到220.6 F/g,电流密度增加到5 A/g时,比电容保持率为82.15%。     

活性炭电极表面掺杂改性研究进展

活性炭作为超级电容器电极材料,具有众多优点,但还存在着能量密度低的特点。电极的能量密度反应了超级电容器的放电能力,为了提高活性炭电极材料的能量密度,增加其比电容是目前研究的重点。本文介绍了表面掺杂O、N、P、B等元素以及其他元素共掺杂改性活性炭,详细的阐述了各元素掺杂对活性炭表面性质及其电化学性能的影响,为提高活性炭电化学性能提供了参考。     

有机添加剂对超级电容器中水系电解液理化性能的影响

以6 mol/L KOH水溶液为电解液,高比表面积的活性炭为活性物质,研究了有机添加剂对体系润湿性、电导率、工作电压窗口及阻抗的影响,测试了超级电容器的电化学性能。结果表明,适量添加有机添加剂可明显抑制体系的极化现象,提高超级电容器的工作电压窗口。添加10vol%异丙醇时,电极材料和电解液间的润湿性大幅提高,比电容从79.3 F/g提高至113.2 F/g。添加20vol%异丙醇时,超级电容器的能量密度达19.4 Wh/kg,体系的电荷转移电阻明显降低,在10 A/g电流密度下的比电容比0.5 A/g时下降13.9%,而不加添加剂时下降30.3%。添加30vol%异丙醇时,电解液电导率迅速下降,比电容降低,电导率是影响比电容的关键因素。     

高表面活性炭电极的制备及其在双电层电容器中的应用

综述了高表面活性炭电极的原料制备、电极成型及修饰技术的研究进展,论述了双电层电容器电化学性能的影响因素,提出了提高双电层电容器电化学性能的方法,主要包括修饰和改善高表面活性炭的微观结构、改进电极成型工艺技术和电极的预处理方式等.并建议根据实际应用过程中双电层电容器的等效电路和Gouy-Chapman-Stern(GCS)模型理论,计算出高表面活性炭电极表面上的电解质的分布形态,以此作为研究双电层电容器的微观结构和吸附储电机理的突破点,为高表面活性炭电极用于双电层电容器的进一步发展提供理论指导.     

活性炭电极材料前处理对KOH电解液体系双电层电容器电化学性能的影响

制备了沥青焦基活性炭,将活性炭分别经水洗、酸洗纯化处理以及气流粉碎处理得超细粉末。将处理后的活性炭作为双电层电容器用电极材料,在3mol/LKOH电解液体系中组装成电容器。采用直流充放电、交流阻抗等表征手段,对比评价了各种活性炭前处理方法对电容器电化学性能的影响。结果表明,酸洗后活性炭的比电容增加,气流粉碎后活性炭的高功率充放电性能改善,以酸洗气流粉碎后活性炭为电极的电容器具有良好的能量及功率性能。     

灰分对活性炭结构及性能的影响

分析了灰分对活性炭制备、孔结构及电化学性能的影响。在活性炭制备过程中,灰分会增加活化剂用量和热量能耗,改变活性炭孔结构;将活性炭用于超级电容器中,灰分会增大电容器的漏电流、电解液扩散电阻及电子传递电阻,增强电容器的自放电,破坏电容器的电化学稳定性。为获得超低灰活性炭,需结合原料特性、制备工艺及活性炭用途选择合适的脱灰时机。     

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。     

添加松木屑对无灰煤基活性炭结构和电化学性能的影响

以褐煤基无灰煤和松木屑为原料，以KOH为活化剂，制备双电层电容器用活性炭电极材料。采用XRD,FTIR,SEM及低温N₂吸脱附表征活性炭的组成和结构，通过循环伏安测试、恒流充放电测试及交流阻抗测试考察其电化学性能。结果表明：制备时向无灰煤中添加松木屑可以改善活性炭的孔径分布，提高活性炭的电化学性能。当松木屑添加量为30%时，活性炭的电化学性能达到最佳，此时比表面积为2 695 m²/g,比不添加松木屑时增加了44%,且0.5 nm～1.5 nm的有效孔增加了11%,小于0.5 nm的无效孔减少了24%,孔径分布更加合理。以该活性炭作双电层电容器的电极材料，在0.05 A/g的电流密度下比电容达到321 F/g,比以不添加松木屑时制备的活性炭作电极材料时的比电容提高了30%,电荷转移电阻降低了35%,证明添加松木屑可有效改善无灰煤基活性炭的电化学性能。     

磷酸活化制备棉杆基活性炭及其超级电容器性能研究

以棉杆为原材料,分别通过磷酸活化与磷酸-水蒸气混合活化法制备了具有发达孔结构的棉杆基活性炭。考察了磷酸浓度、水蒸气活化温度对活性炭产率、表面积及超级电容器电化学性能的影响。分别采用傅里叶变换红外光谱仪、氮气吸脱附测试对棉杆基活性炭的表面官能团、比表面积、孔径分布进行表征;利用两电极系统,通过恒流充放电对棉杆基活性炭作为超级电容器电极的电化学性能进行表征。结果表明:活性炭收率随着磷酸浓度的增大而降低,最高比表面积可达1718m2/g,以微孔为主;活化温度700℃,混合法得到的活性炭作为超级电容器电极材料时,首次比容量可达218F/g,循环1000次以后能保持在196F/g左右,具有很好的电化学性能。     

分级多孔碳的制备及其在超级电容器中的应用

超级电容器因其高功率密度、超高速充放电、高稳定性等突出特点在电化学储能装置中引起人们极大关注。在当前开发的电极材料中,碳材料因其良好的导电性、孔隙率及形貌可调等特点备受青睐。传统的单一微孔碳材料具有较大的比表面积,但存在利用率低、孔道堵塞、电阻较大等问题。针对上述问题,研究人员对分级结构多孔碳材料开展了广泛的研究。本工作通过分析调研国内外相关文献,详细评述了现有分级多孔碳材料制备方法,简要介绍了各方法的原理和优缺点,同时对分级多孔碳应用于超级电容器时的性能改进方法进行了总结,并展望了其未来发展方向,为将来分级多孔碳的进一步研究提供参考。     

超级电容器碳纳米管与二氧化锰复合电极材料的研究

以碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)为基体材料,采用浓硝酸和浓硫酸的混合液对其进行回流,将CNTs的端帽打开并进行表面改性,通过液相反应在经过回流处理的CNTs上沉积MnO2,制备CNTs／MnO2复合电极材料。利用透射电镜、红外光谱、循环伏安和恒流充放电测试对复合电极材料进行分析,研究MnO2沉积和回流处理对CNTs超级电容器性能的影响。结果表明：基于CNTs／MnO2复合电极材料的超级电容器具有比容高、能量密度高、可逆性好和寿命长等特点。MnO2的质量分数(下同)为65％时,其比容可达134 F／g;MnO2不超过50％时,电容器保持良好的功率特性。通过回流处理不仅产生了大量的电活性官能团,而且CNTs的内表面也被充分利用而形成双电层。     

The nickel–carbon asymmetric supercapacitor—Performance,energy density and electrode mass ratios

The performance of nickel hydroxide/carbon asymmetric supercapacitors has been studied with a range of positive and negative active material ratios. The utilisation of the nickel hydroxide electrode in asymmetric supercapacitors was found to be a function of the mass ratio of the positive and negative electrode materials and not independent as previously assumed. Previous models describing the behaviour of asymmetric supercapacitors assumed that the voltage swing was entirely due to the polarisable electrode. These models were found to be inadequate for describing the rate dependant charge/discharge behaviour of asymmetric supercapacitors. The mass ratio of the active materials was determined to be an important factor in predicting the observed behaviour and has been incorporated into an improved model.     

PVA基碱性聚合物电解质Ni(OH)2/AC超级电容器的电化学性能

Polyvinyl alcohol(PVA)-sodium polyacrylate(PAAS)-KOH-H₂O alkaline polymer electrolyte film with high ionic conductivity was prepared by a solution-casting method.Polymer Ni(OH)₂/activated carbon(AC) hybrid supercapacitors with different electrode active material mass ratios(positive to negative) were fabricated using this alkaline polymer electrolyte,nickel hydroxide positive electrodes,and AC negative electrodes.Galvanostatic charge/discharge and electrochemical impedance spectroscopy(EIS) methods were used to study the electrochemical performance of the capacitors,such as charge/discharge specific capacitance,rate charge/discharge ability,and charge/discharge cyclic stability.Experimental results showed that with the decreasing of active material mass ratio m(Ni(OH)₂)/m(AC),the charge/discharge specific capacitance increases,but the rate charge/discharge ability and the charge/discharge cyclic stability decrease.     

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。     

超级电容器电极材料研究进展

化石燃料的枯竭、环境污染以及清洁能源输出不连续性和不稳定性是目前社会电力发展需求中的主要问题，在各种电化学储能技术中，超级电容器因具有充放电速度快、使用寿命长、功率密度大而被广泛研究。在众多影响超级电容器的因素中，电极材料对其整体性能起到决定性作用。综述了超级电容器用电极材料，如碳基材料、导电聚合物、金属氧化物和氢氧化物、金属硫化物的储能机理及其研究进展。最后，对目前电极材料研究所面临的挑战及未来发展方向进行了展望。     

1-Methyl-3-butylimidazolium tetraflouroborate with activated carbon for electrochemical double layer supercapacitors

This article presents the main features of electrochemical double layer supercapacitors, made of nanostructured carbon materials with specially selected and optimized porosity structure and electrolyte based on solvent-free ionic liquid as follows 1-methyl-3-butylimidazolium tetrafluoroborate (1Me3BuImBF₄). The performance of supercapacitor was carried out by cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge measurements. The main characteristics of stacked supercapacitors exhibit a nominal voltage 3.0 V and a maximum cell voltage 3.5 V as well as a specific capacitance (individual electrode of supercapacitor) of 111 F/g. The specific energy of 4.1 Wh/kg and specific power of 1.7 W/kg for industrial stacked supercapacitor has been achieved.     

锂离子电容器硬碳负极材料的表面改性及其电化学性能研究

以浓硫酸和浓硝酸为氧化剂，采用超声氧化法对硬碳进行表面氧化处理，并研究其作为锂离子超级电容器负极材料的电化学性能。采用扫描电镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等表征手段研究了超声氧化处理对硬碳形貌、结构以及表面含氧官能团相对含量的影响。采用恒电流充放电、循环伏安法及交流阻抗法等电化学测试手段对处理前后硬碳的电化学性能进行研究。结果表明：超声氧化处理能在硬碳表面引入适量的含氧官能团，添加额外的活性中心，提高电子迁移率，进而提高硬碳材料的电化学性能。半电池测试中，在2 A·g^-1的高电流密度下，氧化硬碳的比容量是未处理硬碳的2倍，具有优秀的倍率性能。以氧化硬碳负极和活性炭正极制备出锂离子电容器，能量密度为37.6 W·h·kg^-1，功率密度可达9415 W·kg^-1，在1.0 A·g^-1电流密度下，经过4000次充放电循环后，容量保持率为99.1%，具有良好的循环稳定性。