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。     

活化温度对无灰煤基活性炭结构及性能的影响

以无灰煤(HPC)为原料,KOH为活化剂,采用直接活化法制备无灰煤基活性炭(HAC),并在不同活化温度下探究HAC孔结构的衍化规律。结果表明:活化温度较低时,活化过程表现为无规则碳的烧失,同时微晶单元参与反应,片层明显减小,主要形成0.5 nm以下的微孔,以开孔作用为主。随活化温度的升高,KOH刻蚀微晶结构加剧,以扩孔作用为主,孔径大于0.5 nm的孔居多,同时发展超微孔和中孔。将HAC作为电极材料应用于水系双电层电容器(EDLC)时,其显示出优异的电化学性能,在电流密度为50 mA/g时的比电容达258.2 F/g,在电流密度为5000 mA/g时的比电容保持率在80%以上。研究还发现,EDLC的比电容随HAC电极中0.5 nm^1.5 nm微孔的增加而增大。     

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).     

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。     

柔性聚苯胺/氮化钛纳米线电极材料的制备与储能性能

利用高导电性的氮化钛纳米线作为聚苯胺的生长基质,有效减少电极材料的电荷传输电阻,提升聚苯胺的超级电容储能性能。以碳纤维作为柔性基底,采用晶种辅助水热结合电化学聚合法制备了柔性聚苯胺/氮化钛纳米线电极材料(PANI/Ti N),电极材料呈现高度有序的同轴核壳纳米线结构,且纳米线之间彼此分离,有利于电解液离子的传输,提升储能性能。电流密度为1 A/g时,比电容为403 F/g;电流密度从0.5 A/g增加到10.0 A/g时,比电容保持率为初始容量的53.4%,电流密度为5 A/g时,循环充放电1 000次后PANI/Ti N的电容保持率为79.1%,与PANI相比均有较大提升,表明PANI/Ti N具有较好的电化学储能性质。以PANI/Ti N电极材料为电极构建柔性全固态对称型超级电容器(PANI/Ti N//PANI/Ti N)考察其应用性。PANI/Ti N//PANI/Ti N柔性超级电容器在电流密度为1 A/g时,比电容可达100.2 F/g,且在不同角度弯曲后比电容无明显衰减。当功率密度为500 W/kg时,能量密度可达50.1 W·h/kg,且1个单元的该超级电容器可驱动红色...     

N/S共掺杂多孔炭材料的制备及在超级电容器中的应用北大核心

以蚕丝氨基酸为炭前驱体和杂原子源,经过KOH活化制备了一系列多孔炭材料,经过扫描电镜和X射线衍射等方法对炭材料进行了结构表征;将其作为超级电容器电极材料,并对其电化学性能进行测试。结果表明,经过活化后的炭材料具有无定形结构;在最佳条件下制备的炭材料SA-3具有较高的比电容,在电流密度1 A·g^(-1)时比电容高达230 F·g^(-1),经过5 000次充放电循环测试后电容仍能保持99%以上,交流阻抗结果显示炭材料具有较小的内阻,意味着在超级电容器中的应用具有良好的电荷存储潜力。     

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。     

煤基石墨烯/炭纳米纤维复合材料的制备及其电化学性能

作为一种高性能新型储能器件,超级电容器具有功率密度高、充电时间短、绿色环保等诸多优点,决定超级电容器性能的关键因素是电极材料的性能。以煤为原料,通过高温热处理、化学氧化及等离子体还原技术制备得到煤基石墨烯;进一步将煤基石墨烯与聚丙烯腈(PAN)通过静电纺丝技术复合制备得到煤基石墨烯/炭纳米纤维(PM-CG)复合材料,以期借助于石墨烯所具备的高导电性、电子迁移率等性能获得具有优良电化学性能的电极材料。采用物理吸附仪、扫描电镜以及透射电镜等仪器对所制备的炭纳米纤维进行了表征,并通过电化学工作站研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明,煤基石墨烯成功掺杂到炭纳米纤维中,所制备的PM-CG复合材料在6 mol/L KOH电解液中的比电容值可达225.1 F·g~(-1),是同样条件下纯PAN炭纳米纤维比电容值的2.57倍。     

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。     

多孔淀粉基炭微球的制备及其在双电层电容器中的应用

通过简单的无机盐磷酸氢二铵催化稳定化、炭化及不同碱炭比KOH活化制备了高比表面积的多孔淀粉基炭微球材料。采用电子扫描显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）及N₂吸脱附测试对实验所制得的炭微球样品的形貌及孔结构进行了分析。结果表明：不同KOH碱炭比制备的多孔淀粉基炭微球材料具有较大的比表面积（﹥2 300 m²/g）,且均含有大量的大孔和微孔,在6 mol/L的 KOH电解液对称的双电层电容器中多孔淀粉炭材料表现出优异的电化学性能,在100 A/g的大电流密度下,炭微球电极材料具有最大的质量比电容高达248 F/g。     

木炭基活性炭双电层电容器的电化学性能研究

以市售木炭为原材料,采用ZnCl2-CO2联用物理化学活化法制备成活性炭材料,以此活性炭为炭电极材料,6 mol.L-1KOH为电解液,组装成硬币形双电层电容器。用恒流充放电、循环伏安等电化学方法研究实验电容器的电化学性能。结果表明,活化效果显著,能将没有电容特性的普通木炭活化成性能良好的双电层电容器电极材料,适于大电流放电,80 mA放电时质量比电容达161 F.g-1,等效串联内阻为0.4Ω,充放电效率达98%,漏电流为255μA,能量密度达5.6 W.h.Kg-1。     

沥青基活性炭-MnO复合材料的可控制备及其在非对称超级电容器中的应用

本研究提供一种适用于超级电容器的沥青基活性炭-MnO复合材料。以石油沥青为碳源,乙酸锰为锰源,通过压片成型和一步活化法的结合,制备得到了MnO负载沥青基活性炭复合材料（PAC@MnO）。PAC@MnO具有高比表面积且孔道主要由微-介多级孔构成。作为电容器电极材料,在三电极体系下,研究了不同MnO负载量对PAC@MnO-x电极性能的影响,其中PAC@MnO-0.3电极在0.5 A/g电流密度下比电容高达344.5 F/g,在高电流密度为20.0 A/g下,仍具有190 F/g的比电容,表现出优异的倍率性能。将PAC@MnO-0.3与PAC@MnO-0组装成水系非对称超级电容器,在5.0 A/g电流密度下循环3 000圈后,其容量保持率高达87.24%,表现出优异的循环稳定性。MnO纳米粒子与PAC的均匀复合不仅显著提升了MnO的导电性,同时抑制了其在充放电过程中的体积膨胀,使PAC@MnO呈现出优异的电化学特性。此外,PAC丰富的多级孔结构为电解液离子的存储提供了大量的活性位点,并为电解液离子的快速传输提供通道。     

紫菜衍生的氮掺杂分级多孔炭制备及其超级电容性能

紫菜不仅廉价易得，而且富含蛋白质。以紫菜为原料，提供炭源和氮源，先预炭化获得粗炭，再以KOH活化造孔实现氮掺杂分级多孔炭材料的制备。当KOH与粗炭比为2∶1时所获得的氮掺杂多孔炭材料(NDHPC-2)具有最丰富孔隙和最佳蜂窝状分级孔结构，其比表面积高达1975.2m²/g，介孔占比41.2%，掺氮原子含量4.3%。此外，电化学测试表明，三电极体系中NDHPC-2的最大比电容为185.4F/g，同时兼具良好倍率性能、库仑效率和循环稳定性。基于此炭材料，进一步组装了NDHPC-2//NDHPC-2对称超级电容器，单个器件最大能量密度为6.7Wh/kg，并依旧保持了出色的倍率性质、库仑效率和反复充放电稳定性。比如在10A/g高电流密度下连续充放电10000次，整个实验过程的库仑效率始终接近100%，电容损失亦几乎可忽略不计。无论三电极还是两电极体系，NDHPC-2多孔炭材料的超级电容性能均可媲美甚至超过许多已报道的生物质多孔炭材料的电化学表现，展现了较好的储能优势和实际应用潜能。     

稻壳基活性炭电极材料制备及其电化学性能研究

以稻壳为原料,氢氧化钠为活化剂,制备活性炭.进一步将该活性炭作为电极材料,以氢氧化钾溶液为电解液,组装超级电容器.采用X射线衍射(XRD)、氮气吸附脱附(BET)、扫描电镜(SEM)等手段,分析了不同活化温度对活性炭的比表面积及孔结构的影响,并利用恒流充放电、循环伏安等方法研究了电容器的电化学性能.结果表明:800 ℃活化下活性炭的比表面积最佳,为2760 m2/g,孔结构发达.此条件下,在6 mol/L的KOH电解液中,活性炭电容器比电容达267.2 F/g,等效内阻仅2.2 Ω,倍率性能好.经过5000次循环后,其电容保持率仍有83.7%,表明该稻壳基活性炭电极具有优异的充放电可逆性和循环稳定性.     

含杂原子多孔炭的制备及其超级电容性能北大核心

电极材料的比表面积、孔道结构及孔径分布、杂原子等都是影响超级电容性能的重要因素。本研究以间氨基苯酚为原料,与甲醛反应制备聚苯并噁嗪微球(APFs),经KOH活化处理并高温炭化后,得到能够用于超级电容器的含杂原子多孔炭。采用SEM、BET、XRD和XPS等对样品的形貌、比表面积、石墨化程度和表面官能团进行测定,并借助循环伏安法、恒电流充放电测试法和交流阻抗法对样品的电化学性能进行探究。结果表明,所制备的CAPFs-700-2材料具有丰富的孔道结构,且比表面积高达3188 m^(2)/g。此外,CAPFs-700-2表现出优异的超级电容性能,在电流密度为0.5 A/g时其比电容达到228 F/g,在5000次循环后其比电容保持率仍为90.2%,表现出良好的倍率性能和循环稳定性。     

针状焦基电容器碳质电极材料的制备及电化学性能研究

以煤系针状焦生焦为原料,KOH为活化剂,制备了用于超级电容器电极材料的活性炭。以3 mol/L KOH为电解液,用三电极电化学系统测试了活性炭的电化学性质;考察了活化剂用量对活性炭电化学性质的影响。研究结果表明：活化过程中,随着碱含量的增加,活性炭的电化学性能逐渐提高。当碳碱比为1∶3时,活性炭的比表面积达到2572.7 m²/g;电流密度为1 A/g时,其质量比电容达到316 F/g。循环5000圈之后,比电容保持在95.7%,库仑效率保持在97.0%。采用两电极系统,进一步考察了活性炭的电化学性能,以1 mol/L Na₂SO₄为电解液,电压窗口拓宽至1.8 V,循环伏安曲线同样展现出良好的矩形,能量密度和功率密度分别为20.8 W·h/kg和230 W/kg。     

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。     

超级电容器用高比能量超级活性炭的结构与电化学性能

以沥青焦为原料,采用KOH活化法制备了具有高比表面积的超级活性炭(SAC),采用N2吸附、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对其孔结构、微晶结构以及表面官能团进行了表征,研究了其作为超级电容器电极材料在1 mol/L的Et4NBF4/碳酸丙烯酯电解液体系中的电化学特性.结果表明,所制活性炭的比表面积(SBET)达2 893 m2/g,孔径主要分布在1-4 nm范围,其质量比电容(Cm)和能量密度分别达到190 F/g和59 W·h/kg.     

硫、氮共掺杂三维石墨烯的全固态超级电容器

石墨烯以其超高导电性和超大比表面的独特优势常被应用于对称超级电容器的电极材料，然而二维石墨烯纳米片层间的范德华力容易导致片层堆叠。并且水溶液作为电解质组装的超级电容器在充电过程中可能发生水分解反应导致充电电压受限从而极大地降低它的能量密度。基于此，本研究采用水热法制备了硫、氮共掺杂的三维石墨烯气凝胶电极材料，研究了石墨烯材料的微观形貌、表面化学性质及水热反应时间对材料电化学性能的影响。结果表明：S,N-rGO-2具有发达的孔结构和高含量的杂原子。在5mV/s的扫描速率下比电容高达358.5F/g，使用固态电解质组装的全固态超级电容器充电电压可以达到1.8V，在1A/g的电流密度下比电容高达118.3F/g，能量密度达到14.9Wh/kg，并且10000次充/放电后的比电容保留率和库仑效率均接近100%。S,N-rGO-2表现出优异的双电层电容性能，可作为有潜力的超级电容器电极材料。     

石墨烯改性聚丙烯腈基多孔炭用于高倍率性能超级电容器（英文）

作为一种富氮碳源,聚丙烯腈历来被作为生产炭材料的重要原料。但是聚丙烯腈直接炭化会导致其烧结不利于后续深度活化。通过干法球磨石墨烯和聚丙烯腈复合原料,结合稳定化和KOH活化,制备了杂化多孔炭,并系统研究了石墨烯和聚丙烯腈配比及后活化处理对杂化多孔炭性能的影响。结果表明：石墨烯的存在有利于高能球磨过程中热量地快速扩散,有效避免了聚丙烯腈的烧结;而聚丙烯腈进一步抑制了石墨烯片层的团聚,使石墨烯/聚丙烯腈复合前驱体呈现蓬松的粉体结构,利于碱的深度活化。同时,石墨烯在多孔炭结构中形成的三维柔性导电网络便于电荷地快速转移。由于其发达的孔、大的比表面积、优异的导电性以及氮/氧杂原子诱导的赝电容,所制备的杂化多孔炭用作超级电容器电极材料时,在水系和有机系电解液中均表现出了优异的电化学性能。尤其是,优化的HPC-4复合炭材料用作超级电容器的电极时,在1 mol/L四乙基四氟硼酸铵有机电解液中,当功率密度为337.5 W/kg时,能量密度可达30.38 W?h/kg。该工作为面向高功率兼高能量超级电容器电极材料的开发提供了一种简易且高效的制备策略。