中孔炭的制备及其在超级电容器中的应用

以中孔硅分子筛SBA-15为模板,蔗糖为炭源,炭化温度为700℃制备中孔炭材料,利用透射电镜(TEM)和N2吸脱附等温线表征该材料的结构与形貌.以中孔炭材料为超级电容器的电极材料,组装成扣式电容器进行循环伏安、恒流充放电、交流阻抗、漏电流、自放电、循环寿命等电化学测试.结果表明:样品孔结构呈二维六角有序分布:该样品的孔体积为1.88 cm3/g,比表面积为1 394m2/g,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;制备的中孔炭作电极材料组装的超级电容器有良好的电化学性能,在500 mA/g的充放电电流密度下,循环10 000次的平均比电容高达95 F/g,比容量波动范围仅为-4%～4%.     

复合活化制备高体积比电容多孔炭

能量密度是超级电容器的关键性能指标,而提高多孔炭的体积比电容是提高超级电容器能量密度的关键. 该文介绍制备超级电容器用高体积比电容多孔炭的一种方法.     

土茯苓药渣制备超级电容器电极材料研究

中国每年中草药残渣数量巨大,高附加值地利用这部分资源,消除其带来的环境问题至关重要。土茯苓药渣,经硫酸亚铁溶液浸泡后,碳化为含铁碳材料。利用气体吸附仪、X射线表面电子能谱仪、X-光电子衍射仪和拉曼光谱仪进行了材料表征。该材料的比表面积为122.9 m²/g,平均孔径8 nm;材料表面铁含量为13.1 at.%,分别以铁氧化物及硫化物形式存在。以活性物质计,该材料制备的模型超级电容器的比能量可达14.3 Wh/kg,比功率为375 W/kg。该器件在10 000次充放电循环后,容量保持率在83.3%以上。这些结果表明土茯苓药渣在储能炭材料方面具有较好的应用前景。     

生物质衍生炭材料的多维结构设计及其超级电容器研究进展

生物质衍生炭具有结构多样性、物理/化学性质可调、环境友好和经济价值可观等优势,已广泛应用于超级电容器储能领域.介绍生物质衍生炭材料的制备方法及其结构设计(例如零维球形、一维纤维、二维层状和三维空间结构)在超级电容器方面的最新研究进展;提出生物质衍生炭开发的新趋势和面临的挑战,以期进一步合理地设计生物质衍生炭材料的微观结构并用于超级电容器.     

用于超级电容器电极材料的球形炭气凝胶

以2,4-二羟基苯甲酸(D)和甲醛(F)为原料,碳酸钾(C)为催化剂,采用溶胶-凝胶和乳液聚合的方法合成出球形炭气凝胶。利用SEM、粒径分布和BET测试法对样品的形貌和孔结构进行了分析。以制备的球形炭气凝胶作为超级电容器电极材料,利用恒流充放电研究其电容特性,考察了干燥方式和n_D/n_C对比电容的影响。结果表明,超临界干燥下,n_D/n_C为100的样品具有467m²/g的比表面积,孔径主要分布在2.5nm左右,在充放电电流密度为50mA/g时的比电容可达142F/g,该电极具有较好的循环性能和功率特性.     

基于花瓣球形聚苯胺制备多孔炭的研究

以花瓣球形的聚苯胺(PANI)为前驱体,经炭化和KOH活化制备出球形结构的多孔炭.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、低温N2吸脱附、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对多孔炭的形貌、结构和元素组成进行表征,并探讨了炭化温度对多孔炭电化学性能的影响.结果表明:炭化和活化温度分别为750℃和850℃时,获得的多孔炭为直径约2μm的球形粒子,其比表面积高达2 496.6m2/g,并具有合适的多级孔结构分布.当电流密度为0.5A/g时,合成的多孔炭比电容值高达247F/g;当电流密度增大到20A/g时,比电容量仍有182F/g,表现出优良的倍率性能;在电流密度为10A/g的条件下,经1 000次恒电流充放电循环后,其比电容量保持率为102%.     

新型多孔聚苯胺在超级电容器电极材料中的应用

通过一个简便的方法,将苯胺单体在含氯化钾(KCl)的盐酸溶液中聚合制备出多孔聚苯胺(polyaniline,PANI).以KC1作为形成多孔聚苯胺的赝模板,既有效地避免了有机溶剂和硬/软模板的使用,又减轻了对环境的污染.由于具有独特的多孔结构和相互交错的纳米棒结构,多孔聚苯胺的比表面积较大,显示出良好的电化学性能.电化...     

超级电容器电极材料研究进展

超级电容器因其高功率密度、长循环寿命,兼具传统电容高功率密度和电池高能量密度的优点,引起了人们的极大关注.超级电容器电极材料种类繁多,按储能原理可以分为双电层超级电容器、赝电容超级电容器和电池型超级电容器三类.双电层超级电容器介绍了几类主流的双电层电极材料的研究现状,同时很多研究者将赝电容电极材料和电池型电极材料混为一谈,本文对这两类材料的不同从原理上进行了区分,介绍各自的代表性材料,最后展望了超级电容器电极材料未来发展趋势.     

海藻酸钠修饰LDH制备多孔炭及其电化学性质

研究分别以Mg-Al-LDH,Zn-Cr-LDH和Mg-Cr-LDH为模板,海藻酸钠为前驱体在600℃下炭化制备的多孔炭发现,多孔炭的BET比表面积从173m2/g增加到497m2/g,而海藻酸钠自身炭化所得多孔炭的比表面积仅为95m2/g。电化学研究表明,以Mg-Cr-LDH为模板制备的多孔炭(PC—4)电极的循环伏安曲线图形更接近矩形,阴极和阳极过程基本对称;在恒电流充放电实验中,50mA/g的电流密度下PC—4电极的电容为92F/g且电流密度为500mA/g时充放电循环1000次后电容损失小于1%。比表面积、孔结构和电化学研究表明,海藻酸钠修饰LDH制备的多孔炭具有作为超级电容器电极材料的潜在价值。     

淀粉基活性炭的制备及在超级电容器中的应用

以淀粉为原料,分别采用H₃PO₄活化法和物理-化学复合活化法制备活性炭,并将制备的活性炭组装成超级电容器。研究了制备工艺对活性炭孔结构及电容特性的影响;通过氮气吸附和SEM方法表征了淀粉基活性炭的孔结构和表面形貌,通过循环伏安曲线、恒流充放电、交流阻抗实验考察了其电化学性能。结果表明,比表面积与比电容并没有线性关系;物理-化学复合活化法在温度为850 ℃、活化时间为2h条件下,制备的淀粉基活性炭比表面积为1438 m²/g,比电容为150 F/g。     

功能化多孔碳纳米球的制备及电化学性能

以聚吡咯(PPy)纳米球为前驱体,经1 000℃高温炭化后,采用KOH在750℃进行活化制备多孔碳纳米球(PCS),并利用对巯基苯胺(PATP)与PCS进行溶剂热反应对PCS进行功能化处理,制备了高密度的功能化多孔碳纳米球(PATP-PCS).结果表明,经过PATP功能化之后,低密度的多孔炭材料转变为高密度的功能化炭材料.PATP-PCS的体积电容在0.5 A/g时可达183.63F/cm~3;当电流密度增大到20 A/g时,体积电容仍有123.14F/cm~3,显示出优异的倍率性能;在电流密度为10A/g的条件下,经过3 000次恒流充放电循环后,其循环寿命高达94.7%,表明了突出的循环稳定性.     

酚醛树脂基中孔炭块体电极的制备与电容性能

提出了一种有机体系超级电容器用中孔炭电极的直接成型制备方法。以热塑性酚醛树脂为前驱体,加入六次甲基四胺固化、粉压成型后进行CO2活化,制备了中孔发达的炭电极。该电极比表面积1563 m2/g,孔容1.87cm3/g,其中孔孔容占75.9%,在有机电解液1mol/L Et4NBF4/PC中具有良好的电化学性能,比电容达108 F/g,大电流倍率性能良好。     

锂离子电池用无纺布支撑聚合物复合膜的制备

采用γ射线辐射接枝的方法在无纺布纤维表面接枝苯乙烯。将接枝改性后的无纺布浸渍于丁酮/PVDF-HFP/丁醇混合液中,真空干燥后制得多孔的无纺布支撑聚合物电解质复合膜。以其为隔膜组装了聚合物锂离子电池(LiMn2O4/无纺布聚合物复合膜/Li),进行充放电测试。研究结果表明,无纺布聚合物复合膜具有合适的厚度,一定的机械强度。辐射接枝提高了无纺布与聚合物混合液的结合力,在电池的充放电循环过程中不易发生短路,电池的容量和循环性能得到显著提高。     

氮掺杂多孔碳的制备及其电化学性能研究

利用溶剂挥发结合高温热聚合法制备了氮掺杂多孔碳(NPC)材料,并通过SEM、TEM、TG、N_2吸附-脱附、XPS等表征手段对样品的微观形貌结构和元素组成进行了分析.结果表明,氮元素掺杂明显增加材料的比表面积和孔体积,当制备的氮掺杂多孔碳材料的含氮量为4.2%(原子分数)时,它的比表面积高达422.0m~2/g高于没有氮掺杂样品的301.1m~2/g.此外,采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗对NPC材料的电化学性能进行了深入研究.测试结果表明氮元素掺杂能够明显增加材料的比电容量,降低材料的内阻,极大提高碳材料的电化学性能.在0.5A/g的电流密度下,通过氮元素掺杂使得材料的比电容从83.8F/g提高至162.8F/g,内阻值从1.39Ω降低至0.47Ω;并且所得的氮掺杂多孔碳样品具有良好的倍率性能和循环稳定性.     

锂离子电池用无纺布支撑聚合物复合膜的制备

采用γ射线辐射接枝的方法在无纺布纤维表面接枝苯乙烯。将接枝改性后的无纺布浸渍于丁酮/PVDF-HFP/丁醇混合液中,真空干燥后制得多孔的无纺布支撑聚合物电解质复合膜。以其为隔膜组装了聚合物锂离子电池（LiMn₂O₄/无纺布聚合物复合膜/Li）,进行充放电测试。研究结果表明,无纺布聚合物复合膜具有合适的厚度,一定的机械强度。辐射接枝提高了无纺布与聚合物混合液的结合力,在电池的充放电循环过程中不易发生短路,电池的容量和循环性能得到显著提高。     

基于生物质废料玉米秸秆多孔碳的合成、表征及电容性能研究

以玉米秸秆为碳源、ZnCl_2为刻蚀剂,通过调控玉米秸秆与ZnCl_2的相对用量得到一系列多孔碳材料(YAC-x).利用XRD、Raman、XPS、TEM、N2adsorption-desorption等手段对其进行表征,并利用三电极超级电容器体系测试其电化学性能.结果表明,与未经刻蚀的玉米秸杆碳(YC)相比,所制多孔碳材料具有更丰富的孔结构及更为优异的超级电容性能,其中YAC-4最为突出,当电流密度为1A/g时,比电容为236.8F/g,这是源于其大的孔容(Vp=1.11cm~3/g)和高比表面积(SBET=2060m~2/g).     

基板界面诱导共混高分子膜的有规相分离

研究了聚乙烯醇（ＰＶＡ）／聚丙烯酰胺（ＰＡＡｍ）共混体系在聚乙烯、涤纶和玻璃３种不同的基板界面场中所形成的高分子膜在相形态上的差异。通过差示扫描量热法（ＤＳＣ）、红外光谱以及显微镜对ＰＶＡ／ＰＡＡｍ体系在３种基板界面的作用下制备的样品作断面观察和测试,并进行粘附功的估算,结果表明,在玻璃基板上成膜可以发生有规相分离;这说明可以通过对聚合物和基板界面的控制,制备中间含梯度结构的复合膜。     

炭凝胶的制备及其电化学电容性能

采用新型聚合物混合法,在合成炭前驱体聚合物的单体溶液中混入热不稳定的聚乙二醇,制得了比表面积达710m2/g,平均孔径为2.8nm的新型中孔炭干凝胶PEG-RF炭.X射线衍射、热重分析及N2等温吸脱附测试结果表明,炭前驱体的微相分离结构和热稳定性较差的聚乙二醇的存在导致了炭干凝胶中孔特征孔隙结构的形成.在30％H2SO溶液中,对PEG-RF炭和比表面积迭1720 m2/g的微孔T82型活性炭的电化学电容性能进行了对比研究。研究结果表明:当放电比电流为0.2A/g时,PEG-RF炭和T82型活性炭的比容量分别为36F/g和48F/g;当放电比电流增至1A/g时,PEG-RF炭和T82型的比容量分别为105F/g和94F/g;PEG-RF炭具有比T82型活性发更优异的电化学电容性能,两者孔隙结构的差异导致了炭凝胶电化学电容性能的差异.     

基于多孔碳纳米微球的电化学传感器用于检测4-氨基苯酚

以多巴胺为前体,利用高温碳化的方法制备多孔碳纳米微球.多孔碳纳米微球通过透射电子显微镜和X射线粉末衍射图谱来进行表征.利用多孔碳纳米微球修饰玻碳电极,构建电化学传感器用于4-氨基苯酚的检测.结果表明,该传感器实现了对4-氨基苯酚的灵敏检测,线性检测范围为0.1~120μmol/L,检出限为20nmol/L.此外,该方法具有稳定性好、选择性高等优点.