超级电容器用热裂解炭黑电极材料的电化学性能研究

将废旧轮胎热裂解得到炭黑,采用氢氧化钾(KOH)为活化剂,通过高温活化、浓硝酸(HNO_3)酸化处理成多孔活性炭,制备超级电容器电极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和氮气吸脱附对材料的微观形貌、晶体结构以及比表面积、孔径分布进行分析,并通过电化学工作站CHI660E对热裂解炭黑电极材料的电化学性能进行测试。结果表明:利用KOH活化以及浓HNO3酸化所制备的电极材料具有较好的电化学性能,其在0.5 A/g的电流密度下的放电比容量达到160 F/g,在20 A/g的电流密度仍然有127 F/g的放电比容量,容量保持率为79%,表现出较好的倍率性能。     

介孔碳基材料的制备及电化学性能

有序介孔碳因具有均一的孔径、大的比表面积和特殊的孔道结构而具有独特的物理化学性质,使其在电化学领域得以广泛应用。作为双电层电容器电极材料,有序介孔碳材料尽管表现出来良好的充放电性能,但比电容有限,因此对有序介孔碳材料进行改性一直是热门的研究课题之一。非金属杂原子(N、S、P、B等)掺杂是提高有序介孔碳电化学水平简单且有效的方法。杂原子的介入,通过共价键相连引入新的官能团改变碳材料的理化性质,经过法拉第氧化还原反应提高材料的赝电容。     

介孔碳基材料的制备及电化学性能

有序介孔碳因具有均一的孔径、大的比表面积和特殊的孔道结构而具有独特的物理化学性质,使其在电化学领域得以广泛应用。作为双电层电容器电极材料,有序介孔碳材料尽管表现出来良好的充放电性能,但比电容有限,因此对有序介孔碳材料进行改性一直是热门的研究课题之一。非金属杂原子(N、S、P、B等)掺杂是提高有序介孔碳电化学水平简单且有效的方法。杂原子的介入,通过共价键相连引入新的官能团改变碳材料的理化性质,经过法拉第氧化还原反应提高材料的赝电容。     

不同活化方式制备碳电极材料的电化学性能

以碳化后的中间相沥青为原料,分别采用化学活化和物理-化学联合活化工艺制备了超级电容器用活性炭电极材料,对不同活化方式制备的活性炭电极材料的微晶结构、孔径分布、比电容量、循环伏安和交流阻抗特性进行了比较.实验结果表明:采用物理-化学联合活化工艺制备的活性炭电极材料具有更理想的微晶结构和中孔含量.活性炭电极材料的结构与孔隙分布对电性能有明显影响,采用联合活化方式制备的电极材料具有较高的面积比容量、较好的功率特性及较理想的电容特性.     

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.     

三聚氰胺/石墨烯复合碳材料的制备及性能研究

制备具有高比表面积及良好导电性的含氮碳材料是提高超级电容器电化学性能的重要途径.文章将三聚氰胺甲醛树脂预聚体及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性的氧化石墨烯(GO)复合,经水热反应、碳化及活化等步骤制备了三聚氰胺/石墨烯复合碳材料,通过XRD、BET、孔径表征、循环伏安法和交流阻抗等方法对碳材料的物相结构和电化学性能进行表征测试,研究复合碳材料的制备条件对电化学性能的影响.结果显示,碳材料以介孔为主,平均孔径为3.62 nm,比表面积为497 m2·g-1;在CTAB与GO质量比为1∶1,p H=9,条件下制得的复合碳材料,在6 mol·L-1KOH电解液中的质量比电容为113 F·g-1.     

介孔炭负载二氧化锰复合材料电化学的性能

以KMnO4、MnSO4与介孔炭(MC)为原料,通过简单的化学液相共沉淀法制备了MnO2/MC复合材料,借助X线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、能量色散谱(EDS)及N2吸附-脱附对产物进行了表征.电化学性能测试表明,MnO2/MC电极在0.1 mo1·L-1 Na2SO4的电解液中、-0.2～0.8 V(vs SCE)的电势范围内具有良好的电容行为,比电容可高达270.7 F·g-1.     

介孔分子筛调制有序介孔碳超级电容器性能研究

为了研究不同孔径的有序介孔碳(OMC)作为超级电容器电极的性能差异,本文采用水热合成法制备三种不同孔径的介孔二氧化硅分子筛(SBA-15),再以SBA-15为模板,乙炔为碳源,利用化学气相沉积法(CVD)反向制备具有不同孔径的OMC。利用扫描电子显微镜、氮气吸附和电化学测试等,分析OMC作为电极材料时,其纳米孔结构与性能之间的关系。结果表明,将孔径调控在3～4 nm的OMC-120作为超级电容器电极,在充放电电流密度为0.10 A/g和0.50 A/g时,比电容为44.50 F/g和54.30 F/g;经1 000次循环后电容保持率达99%,其双电层电容性能和稳定性优于其他孔径结构的样品,这归因于OMC-120中较窄的有序介孔结构加速了电子和离子的转移交换,缩短离子的传输路径。     

离子液体溶解法制备超级电容碳及其电化学性能研究

文章以高纤维素废纸屑为原料,利用无机离子液体进行选择性表面溶解处理,得到具有润胀特性的胶状前驱体,在不同温度条件下热解制备生物质多孔碳。800℃下生物质多孔碳比表面积为1 276.3 m²/g,电化学测试结果表明,其具有较高的比电容(271 F/g),经过1 000次循环,电容保持率为90.3%。为了进一步提升超级电容器的电化学性能,在1 mol/L H₂SO₄电解液中加入15 g (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O,超级电容器的比电容得到显著提升,电流密度为10 A/g时,比电容为439 F/g,为原电容器(221 F/g)的2倍。研究结果可为生物质多孔碳超级电容器制备提供参考。     

脲醛树脂前驱体碳微球形貌调控及电化学性能研究

为了探究原料配比对脲醛树脂形貌及碳微球电化学性能的影响,通过改变尿素、甲醛与甲酸的物质的量比,制备了三种不同微纳结构的脲醛树脂微球,再在氮气保护下800℃裂解,获得了相应的碳微球。采用上述脲醛树脂前驱体制备的花状碳纳米微球(NUFC-3)作为电极材料,在三电极体系中开展电化学性能研究。结果表明,在1 A/g的电流密度下,比电容(Cs)为189 F/g;在20 A/g的电流密度下,Cs为145 F/g,其保留率为76.7%。该脲醛树脂为前驱体的碳微球具有制备方法简单、成本低廉及电化学性能优异等优点,有望在电化学储能领域获得应用。     

电化学电容器过渡金属氧化物电极材料的制备方法

综述了近年来电化学过渡金属氧化物电极材料电容器制备方法、讨论了这些方法的优缺点.通过对这些方法的比较,指出溶胶凝胶法最适合制备具有准电容特征的电化学电容器金属氧化物电极材料.     

红麻杆芯活性炭的制备及其孔结构

以红麻杆芯为原料,经450℃低温炭化制备麻炭前驱体。在麻炭中添加乙酸镍为催化活化剂,在900℃下炭化2h,制备出高比表面积且中孔较发达的活性炭。借助原子吸收分光光度计和比表面积测定仪,研究了镍催化剂负载量对麻杆基活性炭吸附性能和孔结构的影响。结果表明:在麻炭中负载适当含量的乙酸镍可有效提高麻炭的性能。用8%的乙酸镍溶液水热浸渍麻炭后再进行二次炭化,所制活性炭的比表面积、总孔容积和中孔率分别为:1002m2/g,0.78cm3/g和41%。     

中等比表面积高容量活性炭电极材料制备和表征

以天然高分子椰壳为原料,采用ZnCl2,预活化和CO2/水蒸气活化的二次活化法制备活性炭.用氮气吸附和傅里叶红外表征活性炭材料的比表面积,孔结构以及表面化学性质.结果显示,所制备的活性炭比表面积和孔径可调,中孔率为16.3%～36.9%.经首步活化的中间炭具有丰富的微孔和表面官能团,并随着第二步活化时间的增加逐渐分解,同时伴随着炭烧失率增加,导致比表面积、孔容和孔径的增大.以制备的活性炭作为电极材料,6 mol·L-1 KOH电解液构成模拟电容器.采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法研究了其电化学性能.结果显示,含氧官能团增加了活性炭表面的润湿性,并对比电容的增加有较大的贡献;而炭材料的比表面积增加对比电容有负面影响.中等比表面积968 m2·g-1样品的比电容达到278 F·g-1,面积比电容高达29μF·cm-2.     

超级电容器用活性炭的纯化与表征

主要对超级电容器用活性炭的纯化工艺进行了研究.采用不同的实验条件,对实验结果进行了对比,通过正交实验得到了最优的工艺条件.本研究将活性炭中的钾离子含量由3000×10-6以上降到100×10-6以下,铬离子含量由600×10-6以上降到了10×10-6以下,并对处理后活性炭的孔貌、孔径、比表面积进行了表征,结果表明,制备的超级电容器用活性炭具有纯度高、钾离子和铬离子含量低、比表面积大等优点.     

汉麻杆活性炭的制备及对竹醋液脱色脱臭的研究

为了研究自制的汉麻活性炭对竹醋原液的脱色脱臭的最佳工艺,以单因素试验考察活性炭的用量、吸附时间、温度对竹醋原液(100℃蒸馏液)脱色脱臭的影响.结果表明:最佳工艺条件为单位体积竹醋原液汉麻活性炭用量24mg/mL,单位体积竹醋蒸馏液汉麻活性炭用量10mg/mL,吸附20min,吸附温度60℃,pH值为3.0,磷酸汉麻活性炭脱色率达85%以上;氯化锌脱色率达60%以上,磷酸汉麻活性炭吸附量高达385.3～427.3mg/g.结论:磷酸汉麻活性炭脱色率比其他活性炭脱色、脱臭率高,可应用于竹醋液的脱色脱臭.     

酚醛树脂基微孔炭的制备及双电层电容特性

以热固性酚醛树脂为原料,采用CO2物理活化法制备双电层电容器,用高比表面积活性炭.由氮气吸附法测定活性炭的比表面积和孔结构,采用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电考察其在3000/KOH水溶液中的电容特性.结果表明,随着活化时间的延长,所得活性炭收率下降,比表面积、总孔孔容和质量比电容则不断增加;具有高比表面积和宽孔径分布的试样APF957质量比电容值最高,电流密度由50 mA/g提高到1000 mA/g时,其放电比电容由211.6 F/g降低到196.5 F/g,容量保持率达到9300/,显示出良好的功率特性.     

活性炭吸附典型含氮消毒副产物前体物的性能比较

新兴含氮消毒副产物较常规消毒副产物的浓度更低但毒性更强,去除难度更大。 提出采用活性 炭对形成含氮消毒副产物的前体物(以色氨酸为例)进行去除,比较常规和新型活性炭对前体物的去除性 能,并阐释原因。 研究发现:粉末状活性炭(PAC)和活性炭纤维(ACF)对色氨酸的最大等温吸附量分别为 37. 31 mg·g-1 和 178. 57 mg·g-1;对色氨酸的吸附速率分别是 5. 95×10-2 sec-1 和 1. 7×10-3 sec -1;两种类型的活性炭的吸附动力学均属于伪二阶动力学,且都符合 Langmuir 吸附等温方程(r2≥0. 99);ACF 比 PAC 具有更大的比表面积,更大的总孔体积、更小的平均孔径和更多的表面官能团。 在 15 ℃ ~ 45 ℃ 范围内,两者对色氨酸均是熵推动的自发吸附,吸附推动力先增加后减小,但 PAC 和 ACF 对色氨酸的吸附分别为物理吸附和化学吸附;研究结果表明:由于含氮消毒副产物前体物的分子量普遍较小,因此 ACF 更适用于其前体物的去除;由于 ACF 孔径较小,吸附速率较慢,因此需要保证充足的吸附接触时间。     

高比表面积椰壳活性炭的制备及其应用

以活性炭AC为原料,采用CO2活化法制备高比表面积活性炭,通过控制尾气中CO2含量间接控制活化反应速率,测试了以产品活性炭为电极材料的双电层电容器的充放电性能及循环伏安特性,并测定了以产品活性炭为吸附剂的CO2、CH4、N2、O2和H2的298K吸附等温线．实验结果表明,在控制尾气中C02含量小于10％,活化28h,所得活性炭（AC-28）比表面积为2587m^2／g,总孔容为1．47cm^3／g,较原料活性炭AC的相应数值分别提高33％和62％,以AC-28为电极材料的双电层电容器具有良好的充放电性能,电极比电容达171F／g,作为吸附剂,活陛炭AC-28对CO2的吸附量远远大于CH4、O2、N2和H2,具有吸附分离COJN2、CO2／O2及CO2／空气气体混合物中CO2的潜力。     

煤基大孔活性炭的制备及表征

以宁夏太西煤和乌兰煤为原料,通过适当的制备工艺合成出具有较高比表面积的大孔煤基活性炭,并用物理吸附仪和扫描电镜进行了表征．结果表明,化学活化法制备的活性炭中微孔所占比例较大而大孔相对较小．物理活化法制备的活性炭中虽然含有相当数量的微孔,但大孔所占比例显著提高,而且平均孔径随着原料中乌兰煤质量分数的增加而增大．扫描电镜分析表明,当乌兰煤质量分数为15％时,活性炭颗粒整体活化效果较好,大孔孔径分布均匀,其原因可能与太西煤和乌兰煤协同活化机制有关．’     

正己醇在改性活性炭上的脱附活化能

制备了Ag^ -活性炭、Cu^2 -活性炭、Fe^3 -活性炭、活性炭、Ba^2 -活性炭和Ca^2 -活性炭6种活性炭，推导了脱附活化能的估算模型，并利用程序升温脱附技术测定了正己醇在这6种活性炭上的脱附活化能，结果表明，正己醇在Ag^ -活性炭、Cu^2 -活性炭和Fe^3 -活性炭的脱附活化能高于其在活性炭上的脱附活化能，而它在Ca^2 -活性炭和Ba^2 -活性炭上的脱附活化能低于它在活性炭上的脱附活化能。