影响超级活性炭电极性能的因素

本文总结了影响双电层电容器电极材料的超级活性炭电极的几个主要因素,分析了天富科技公司生产的活性炭材料的比表面、孔径分布、灰分、粒度等对电极材料电化学性能的影响。     

活化剂添加量对石油焦基活性炭电极材料电化学性能的影响

以高硫石油焦为原料,采用KOH为活化剂,在800℃条件下通过改变料剂比制备石油焦基电化学电容器的电极材料。通过XRD表征活性炭的结构,采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等表征材料的电化学性能,主要考察活化剂KOH的添加量对电化学性能的影响。实验结果表明,当KOH添加量为高硫石油焦质量的3.5倍时,制备的活性炭电化学性能最优,电流密度为1 A/g时,比电容达到191.45 F/g,电流密度扩大6倍后,容量保持率仍达到82.16%,该材料的内阻仅为0.3 Ω,能承受高功率放电。经过2 000次循环后,比电容依然达到191.13 F/g,库伦效率高达99.88%。     

表面含氧官能团对活性炭电化学性能的影响

采用浓硝酸对椰壳活性炭和各壳活性炭进行液相氧化改性后，制成了以KOH为电解液的超级电容器的炭电极，研究表面含氧官能团在碱性电解液中对电容器电极的电化学性能的影响．运用低温N2吸附、XPS和FTIR表征活性炭孔结构和表面性质．研究结果表明，氧化后活性炭的比表面积和孔容降低，表面含氧量增大．且经硝酸氧化后炭表面的含氧官能团含量发生了变化，即在内酯基的含量减少的同时，羟基、羰基和菝基的含量增加，其中羟基含量的增幅最大．在50mA／g电流密度下经过100次充放电循环，氧化后的椰壳活性炭和杏壳活性炭质量比电容分别达到193 F/g和150F／g，均比氧化前提高了30％以上．由XPS的分析结果判断，羟基对电极比电容提高的贡献最大．同时，在大电流充放电时，氧化后炭电极的比电容的衰减率明显低于氧化前．     

活性炭纤维在热处理过程中的结构变化及电化学性能

对黏胶基、沥青基和聚丙烯腈基活性炭纤维这3种典型的活性炭纤维进行不同温度的热处理,热处理温度范围700～2 800℃,通过氮气吸附法、X射线衍射、元素分析和电阻率测试等分析方法详细考察了温度对活性炭纤维的孔隙结构、微晶结构、元素组成和电导率的影响,并研究其在无机体系和有机体系下作为超级电容器电极材料时电化学性能的变化。研究结果表明:活性炭纤维在经过热处理后,比表面积随着热处理温度的升高先增大后减小,当温度高于1 200℃时,炭纤维层间距不断减小,微晶尺寸逐渐增大,石墨化度有所提高,电导率逐渐增大,电容性能在一定温度热处理后得到较大提升。     

钴离子对聚苯胺/活性炭复合材料制备与性能的影响

采用苯胺在活性炭表面原位化学聚合的方法合成了聚苯胺/活性炭(PANI/AC)复合材料。在合成过程中添加钴盐,并研究了钴离子对复合材料结构和电容特性的影响。利用场发射扫描电镜、傅立叶红外光谱仪对其表面微观形态和化学结构进行了对比分析;在6mol/L KOH电解液中,以Hg/HgO为参比电极对复合材料进行了循环伏安、恒流充放电及交流阻抗等电化学性能的测试。结果表明,添加钴盐改性时聚苯胺在活性炭表面包覆的更均匀,循环伏安结果表明添加钴盐改性时复合材料的电化学活性提高,恒流充放电测试结果显示其电容量从不添加钴盐改性时的387F/g提高到了530F/g,提高了将近38.2%,并且显示出良好的大电流充放特性。     

活性炭及基材种类对活性炭成型物性能的影响

测定了以４种粉状活性炭,１种胶粘剂及５种多孔质基材为原料,在４种不同的胶炭比下制得的胶炭混合物和活性炭成型物的主要吸附性能及胶接强度;分析了原料活性炭以及基材的主要性质对活性炭成型物的吸附性能及胶接强度的影响,得出原料活性炭的吸附能力和孔隙发达程度与活性炭成型物的吸附能力和胶接强度有着密切的关系,表面官能团的数量对活性炭成型物的胶接强度未观察到明显的影响;多孔质基材的性质对活性炭成型物的胶接强度有     

聚苯胺修饰活性炭电极的电化学性能

有机体系下,采用循环伏安法(CV)在活性炭电极表面电聚合聚苯胺制备聚苯胺/活性炭复合电极,通过循环伏安、恒流充放电和电化学交流阻抗谱(EIS)测试了电极的电化学特性,结果表明,聚苯胺/活性炭复合电极具有良好的电容行为,在-1.0～1.5V参比极为Ag/AgCl,测试区间内具有较大的电化学容量,电极比电容高达276F·g-1,较活性炭电极的比电容92F·g-1有了很大提高.并且交流阻抗法测得活性炭电极的电荷转移电阻Rct为4.9Ω,而复合电极Rct仅2.4Ω.1000次充放电测试后,复合电极比电容仅衰减15.7%.由此表明,在有机体系下聚苯胺/活性炭复合电极是一种具有良好循环寿命和高比电容的复合电极材料.     

二氧化钌/活性炭复合电极的制备及性能

为研制低成本、高比容超级电容器的关键复合电极材料,采用涂覆热分解法,以RuCl3·2H2O为前躯体,制备二氧化钌/活性炭复合电极材料.借助扫描电镜、附着力测试、循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗谱等检测手段,观察复合薄膜电极材料的表面形貌,分析不同涂覆量的二氧化钌/活性炭复合薄膜电极的性能.研究结果表明:二氧化钌/活性炭复合电极材料具有良好的电化学稳定性,涂覆热分解最佳涂覆数为4次,复合薄膜的比表面积为321.4 m2/g,附着力为11.4 MPa;在H2s04溶液浓度为0.5 mol/L、扫描速率20 mV/s条件下,复合电极材料的比电容为422 F/g,内阻为0.33 Ω;经300次充放电后,电容量持续为98.8%.     

活化剂对活性炭-多孔陶瓷复合材料的吸附特性影响研究

以活性炭硅藻土基多孔陶瓷复合材料为研究对象,分别探讨了KOH、ZnCl2和H3PO4三种活化剂的作用效果.根据样品的碘吸附值、含炭量及比表面积确定最佳的活化条件,并采用扫描电镜观察样品的微观形貌.结果表明,三种活化剂中,ZnCl2的活化效果较好,其最佳添加浓度为20%(质量百分比)、活化温度为800℃、活化时间为90 min,制得的活性炭多孔陶瓷复合材料碘吸附值为212.9 mg.g-1,比表面积为136.2 m2.g-1,炭在活化过程中的得率为47.2%.     

不同生物质活性炭的合成与电化学性能

以废弃杨木、柏木及核桃壳3种生物质为碳源,以磷酸为水热助剂和活化剂,经过水热碳化、活化后得到超级电容器用活性炭.用热分析系统对不同碳源的热分解过程进行了分析,用傅里叶红外光谱和X射线衍射仪分析了样品晶型与表面官能团,用恒流充放电和循环伏安法评价了样品的电化学性能以及影响电化学性能的关键因素.结果表明,在有机电解液中,当电流密度为0.1 A/g时,杨木活性炭样品的比容量高达97 F/g,当功率密度为757 W/kg时,其能量密度可达237 Wh/kg.本实验可对废弃生物质的高值循环利用提供参考.     

化学活化和化学-物理联合活化制备石油焦基活性炭

以石油焦为原料,采用化学活化和化学-物理联合活化2种活化工艺分别制备超级电容器用活性炭材料CA和CB。采用N2吸附法表征活性炭材料的BET比表面积及孔隙结构;通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试方法,对2种活性炭在有机电解液中的电化学特性进行研究。研究结果表明,CA具有较高的收率、振实密度以及BET比表面积,分别可达61.28%,0.35g/cm3和2760m2/g;CB具有较高的中孔率和平均孔径,分别为24.1%和2.3nm;在充放电电流密度为1A/g时,CA的质量比电容量为137.8F/g;而CB表现出较好的功率特性,在20A/g时,质量比容量仅比1A/g时的质量比容量衰减4.7%。     

酚醛树脂基活性炭微球的制备及其电化学性能

以苯酚和甲醛为原料,盐酸为催化剂,制备醇溶性酚醛树脂前驱体,探讨炭化温度对炭微球性能的影响,并将炭微球在3 mol/L HNO3溶液中活化后得到活性炭微球。利用红外光谱、X线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安、恒流充放电、循环寿命等对该材料进行表征及电化学性能测试。研究结果表明:炭微球的最佳炭化温度为750℃,在该温度下制备的炭微球具有良好的球形形貌,其结构为部分石墨化的无定形炭;活性炭微球作为电容器电极材料具有良好的电化学性能,在1 mV/s扫描速度下比电容达到247.8 F/g;在0.5 A/g电流密度充放电下扣式超级电容器比电容高达60 F/g,且充放电循环5 000次后比电容几乎没有衰减。     

活性炭纤维纸的制备、结构及性能研究

采用湿法造纸工艺制备活性炭纤维纸(ACFP),探讨了分散剂、活性炭纤维与纸浆纤维配比对活性炭纤维纸的透气度、抗张强度、比表面积和微孔体积的影响。结果表明,分散剂可增加ACFP的抗张强度而对透气度影响较小,随活性炭纤维含量的增加,ACFP的透气度增加而抗张强度下降, ACFP具有与活性炭纤维类似的孔径大小和孔径分布, 二者的氮气吸附等温线均为I型等温线,吸附机理均为微孔填充,ACFP的形态结构为无序随机排列。     

掺锂聚苯胺/活性炭超级电容器电极材料的制备及电性能

采用苯胺在改性活性炭表面原位聚合的方法,合成了掺锂的超级电容器用聚苯胺/活性炭复合电极材料.用扫描电镜（SEM）研究了掺杂前后该复合材料的形态.在6mol/LKOH溶液中,以Hg/HgO电极为参比电极对电极材料进行循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学性能的测试,考察了掺杂锂盐后作为超级电容器的电极材料的电极性能.结果表明,掺杂锂盐后的复合电极材料的比容量有很明显的提高,由未掺杂锂时的372F/g提高到466F/g。多次循环充放电后电容量的保留率也得到显著的提高。     

以石油渣油制备活性炭的研究

以石油渣油为原料采用化学活化法制备活性炭,以亚甲基蓝吸附值为评价活性炭吸附能力指标.首先选择了具有好的活化性能的磷酸为活化剂,进行了最佳制备工艺研究,结果为活化温度550℃、质量比1∶1、活化时间1.5h,最后利用正交实验分析了各因素显著性水平,即活化温度最强、质量比其次、活化时间最弱.     

MnO_2/竹炭超级电容器电极材料的性能

采用机械球磨法将竹炭和MnO2按不同比例复合,得到一系列不同配比的MnO2/竹炭电容器电极复合材料,对其进行扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和热重分析(TG-DSC),并进行循环伏安和电化学充放电测试。结果发现,当MnO2在复合材料中的质量分数为1%时,电极比容量可以达到338 F/g,100次循环后维持在260 F/g,显示很好的电化学性能。     

生物活性炭对焦化废水中萘的吸附降解

以荼为唯一碳源,驯化分离出高效荼降解菌NPA-5,将NPA-5负载于活性炭上,制备出生物活性炭.研究生物活性炭对荼的吸附特征、生物吸附动力学及其对焦化废水中荼的吸附降解机制.结果表明,活性炭对荼的等温吸附符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型;负载NPA-5的生物活性炭能较快地降解废水中的荼,降解率达99.3％;生物活性炭对荼的降解符合一级动力学模型.     

活性炭孔结构的混合碱改性

具有较大比表面积的且以微孔孔隙居多的活性炭对气体小分子具有较好的吸附性能,以椰壳活性炭为原料、KOH/NaOH为活化扩孔剂,考察了温度、时间以及KOH与NaOH的质量比对活性炭孔隙结构的影响,使用N2在77 K下对产品活性炭进行表征测试。表征结果表明,当m(KHO)∶m(NaOH)为4∶1、溶液浓度为50%时,活性炭在600℃下活化4 h所得的活性炭产品平均孔径最大。对比HK模型和DFT模型对微孔活性炭孔径分布的分析结果,表明DFT模型更符合实际情况。经过孔结构改性的活性炭对CH4与CO2吸附能力均有提高。     

一步活化法制备过程中H2O蒸气对聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACFs)结构性能的影响

以Courtaulds纤维为原料,采用连续化碳纤维生产线制备出稳定的预氧纤维,通过连续化活化炉进行预碳化和水蒸气物理一步活化,制备出具有高吸附性能和高拉伸强度的聚丙烯腈基活性碳纤维（PAN-ACFs）丝束。借助比表面积（BET）、广角X射线衍射（WAXD）、力学性能和碘吸附等表征测试手段研究了水蒸气量对PAN-ACFs孔结构及力学性能的影响。结果表明：在适当的活化时间、活化温度下,逐步增加水蒸气的流量,活性碳纤维的吸附能力先快速增大,而后稳定,最后再缓慢地增加;纤维的拉伸强度呈现出先增大后减小的变化趋势;当水蒸气流量为1g/min,起始的温度为650℃,高温区为850℃,活化时间为20min时,所制备的PAN-ACFs具有相对较高的吸附性能、力学性能和碳化收率。