氮掺杂介孔碳的制备及其电化学超电容性能（英文）

通过直接炭化沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8)纳米多面体,成功制备了氮掺杂介孔碳(NMCs).采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)及比表面和孔隙度分析仪对其微观形貌和结构进行了表征,并对NMCs的电化学超电容性能进行了测试.结果表明:NMCs具有规整的形貌、介孔纳米结构和较大比表面积(2737 m2·g-1);由于氮元素掺杂所赋予的优异的表面润湿性和赝电容性能,且介孔结构有利于电解质到达电极活性材料表面,NMCs表现出优异的电化学超电容性能,在1A·g-1的电流密度下,1.0 mol·L-1H2SO4溶液中的比电容值为307 F·g-1,并具有良好的功率特性;此外,在10 A·g-1的大电流密度下充放电循环5000次后,NMCs的比电容值保持率为96.9%.     

离子液体辅助条件下由稻壳合成超级电容器用多孔炭（英文）

本文以稻壳为碳源,以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF_6)为模板和辅助活化剂制备了多孔炭材料(PCs).多孔炭的比表面积达1438 m~2·g~(-1),总孔容达0.75 cm~3·g~(-1).以PCs为超级电容器电极材料,6 mol·L~(-1)的KOH溶液为电解液组装成扣式电池,在0.05 A·g~(-1)的电流密度下,比电容高达256 F·g~(-1);当电流密度增大至10A·g~(-1),其比电容仍保持在211 F·g~(-1),展现出好的倍率性能.所得的多孔炭电极均表现出优异的循环稳定性.这一工作以BMIMPF_6作为模板和辅助活化剂,为合成生物质基超级电容器用多孔炭提供了一种新方法.     

CP@NiAl-LDH复合材料的制备及其超级电容器性能

通过采用简易温和的水热条件制备导电聚合物@镍铝层状双金属氢氧化物复合材料(CP@NiAl-LDH),构建电子/离子的高速传输纳米通道,利用SEM和XRD对复合材料结构形貌进行表征。电化学性能测试结果表明,导电聚合物为复合材料提供一定的赝电容,促进电荷的快速转移,使CP@NiAl-LDH的电容性能得以显著提升。PPy@LDH具有最好的电容性能,在1 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达3 010.3 F·g~(-1),当电流密度升高到20 A·g~(-1)时,其比电容保持率为73.1%,表现出优异的倍率性能;同时,在10 A·g~(-1)的电流密度下10 000次充放电循环后仍具有88.8%的比容量保持率,具有优异的循环稳定性。这主要归功于NiAl-LDH与导电聚合物之间的协同增强效应。     

氮掺杂高比表面多孔碳的一步化学活化法制备及其超电容性能

以聚氨酯发泡剂为碳源和氮源,以氢氧化钾为活化剂,采用一步化学活化法制备了具有高比表面积的氮掺杂活性炭。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附、X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、光电子能谱(XPS)对碳材料的微观形貌、组成、比表面积和孔道结构进行了表征。结果表明,在700℃活化的碳材料FC700具有最高的比表面积(2 740 m~2·g~(-1))和最大的孔容(1.27 cm~3·g~(-1)),这归因于KOH与泡沫的充分相互作用。在以6.0 mol·L~(-1)KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g~(-1)时,其比电容达到了452 F·g~(-1)。在组装的对称超级电容器中,其比电容达到了344 F·g~(-1),功率密度为247 W·kg~(-1)时对应的能量密度为11.9 Wh·kg~(-1)。在10 000次循环后电容保持率为98.03%,表现出优异的稳定性。FC700的优异电化学性能可能归因于高的比表面积,大的孔体积和氮原子的掺杂。     

超级电容器用相互连接的类石墨烯纳米片

采用氧化镁模板耦合原位氢氧化钾活化法制备了超级电容器用煤焦油基相互连接的类石墨烯纳米片(IGNSs)。所制备的IGNS具有高达2887 m~2·g~(-1)的比表面积和大量的分级短孔。当作为超级电容器的电极材料时,在6 mol·L~(-1) KOH电解液中,于0.05 A·g~(-1)的电流密度下,IGNS显示出313 F·g~(-1)的高比容;在20 A·g~(-1)的电流密度下,IGNS的比电容为261F·g~(-1),显示了好的倍率性能;经过10000次循环测试后,其容量保持率为92.7%,展现了优异的循环稳定性。这一工作为从芳烃分子大规模生产高性能储能用类石墨烯纳米片提供了一种简单的方法。     

大碳层间距的沥青基多级孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

基于KOH活化法,以纳米级片层多孔MgO为模板剂,制备大碳层间距的沥青基超级电容器用多级孔碳材料。考察了模板剂添加量对多孔碳材料孔分布、碳层间距等理化性能及电化学性能的影响。结果表明模板剂添加量为沥青质量的25%时,多孔碳材料比表面积、孔体积分别为2 634 m~2·g~(-1)、1.12 cm~3·g~(-1),碳层间距高达0.374 nm,用于超级电容器电极材料时,1和20A·g~(-1)电流密度下的比电容分别为338和277 F·g~(-1),经过10 000次循环恒电流充放电,1 A·g~(-1)下容量保持率为93.5%,展现了优异的电化学性能。     

萃取温度对无灰煤结构及煤基活性炭电化学性能的影响

以内蒙古褐煤为原料,N-甲基吡咯烷酮为萃取剂,在不同温度下萃取制备无灰煤,进而利用KOH活化法制备活性炭,探究萃取温度对活性炭电化学性能的影响。结果表明,无灰煤萃取温度对煤基活性炭电化学性能有显著影响。对无灰煤及原料褐煤的灰分含量,表面官能团含量和对应活性炭的比表面积、孔结构及其电化学性能进行对比发现,330℃下萃取制备出的无灰煤在碱煤质量比3∶1,活化温度650℃,活化时间2h的活化过程中具备最适宜的反应性,对应活性炭比表面积高达1 252 m~2·g~(-1),表面官能团含量适中,在3 mol·L~(-1)KOH电解液中50 mA·g~(-1)电流密度下比电容高达322 F·g~(-1),2 A·g~(-1)的电流密度下比电容保持率仍可接近90%。     

用于高性能超级电容器的氮掺杂碳纳米网的制备

以菲为碳源、氨气为氮源,通过一步碳化、活化法成功制得了氮掺杂碳纳米网(NCNs)。在800℃下制得的样品(NCN_(800))具有独特的网状结构、大的比表面积(1 567 m~2·g~(-1))和高的原子百分含量(N 4.41%、O 13.71%)。归因于这些结构特征,工作电极NCN_(800)在三电极系统中显示出高的比电容(0.05 A·g~(-1)电流密度下比电容为542.3 F·g~(-1))。此外,用于对称超级电容器的NCN_(800)电极展现了高的比电容(0.05 A·g~(-1)电流密度下比电容为443.6 F·g~(-1))、良好的倍率性能(20 A·g~(-1)电流密度下比电容为341.2 F·g~(-1))以及优异的循环稳定性(经过30 000次循环后比电容保持率为93.5%)。     

炭化对沥青基活性炭纤维的结构和超级电容器性能影响

以450℃低温炭化的各向异性中间相沥青基炭纤维为原料,先通过KOH化学活化方法制备出活性炭纤维(ACFs),再对ACFs进行炭化改性,以提高ACFs的导电率,系统地研究了炭化温度对ACFs微观形貌、结晶度、孔结构和超级电容器性能的影响。结果显示:经过1 200℃炭化处理的ACFs(ACFs~(-1)200)电极具有优异的电化学性能,在0.1 A·g~(-1)电流密度下比容量高达204 F·g~(-1),1 000次循环后电容保持率达到97.0%;且电流增至20 A·g~(-1)时依然具有高比容量(149 F·g~(-1)),表明ACFs~(-1)200电极相比于未炭化的ACFs,其导电率、大电流密度下的比容量、循环保持率均显著提高。     

MnO_2纳米粒子的制备及其超电容性质研究

本文采用化学共沉淀法制备了MnO_2。通过XRD、BET、SEM、TEM及HRTEM等表征手段研究MnO_2的形貌及结构,结果显示制备的MnO_2由纳米粒子组成,且具有较大的比表面积(124.7 m~2·g~(-1))。将制得的MnO_2应用于超级电容器时,电化学测试结果表明,在电流密度为0.3 A·g~(-1)时,MnO_2的比电容达到194.7 F·g-1,同时有着优秀的倍率特性。循环稳定性测试表明MnO_2在电流密度2 A·g~(-1)的条件下,恒流充放电(GCD)1000次后的电容保持率达到102.7%,显示了MnO_2具有优异的电化学性能。     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源、尿素为氮源、草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800的比表面积为1 114 m²·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品KNC-800的比表面积高达3 033 m²·g^-1。在以6.0mol·L^-1KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,KNC-800的比电容为405 F·g^-1,而KC-800的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^-1时经过10 000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源,尿素为氮源,草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800 的比表面积为 1 114 m2·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品 KNC-800 的比表面积高达 3 033 m²·g^-1。在以 6.0mol·L^-1 KOH 为电解液的三电极体系中,当电流密度为 0.5 A·g^-1时,KNC-800 的比电容为 405 F·g^-1,而 KC-800 的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^-1时经过10 000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。     

Pomegranate rind-derived activated carbon as electrode material for high-performance supercapacitors

In this paper, activated carbon materials were synthesized from pomegranate rind through carbonization and alkaline activation processes. The effects of pyrolytic temperature on the textual properties and electrochemical performance were investigated. The surface area of the activated carbon can reach at least 2200 m² g^?1 at different pyrolytic temperatures. It was found that, at the range of 600–900 °C, decreasing the carbonization temperature leads to the increase of t-plot micropore area, t-plot micropore volume, and capacitance. Further decreasing the carbonization temperature to 500 °C also leads to the increase of t-plot micropore area and t-plot micropore volume, but the capacitance is slightly poorer. The activated carbon carbonized at 600 °C and activated at 800 °C possesses very high specific area (2931 m² g^?1) and exhibits very high capacitance (～268 F g^?1 at 0.1 A g^?1 and ～242 F g^?1 at 1 A g^?1). There is no capacitance fading after 2000th cycle.     

有序介孔碳的简易模板法制备与电化学电容性能研究

0引言电化学电容器(Electrochemical Capacitors),又称为超级电容器(supercapacitors)是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型储能装置,它具有循环寿命长、比容量高、能快速充放电等优点[1,2]。近年来随着电子、电气设备的日趋小型化以及电动汽车工业的不断发展,作为后备电源和记忆候补装置的超级电容器日益引起了人们的广泛关注。碳材料由于具有成本低、比表面积大、导电性优良、制备电极工艺简单等特点,一直是超级电容器电极材料的首选。其中,活性炭是最早采用的多孔电极材料,其比表面积可高达2500￣3000m·2g-1[3]。然而,活性炭材料…     

Outstanding room-temperature capacitance of biomass-derived microporous carbons in ionic liquid electrolyte

A remarkable capacitance of 180 F·g^− 1 (at 5 mV·s^− 1) in solvent-free room-temperature ionic liquid electrolyte, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, was achieved in symmetric supercapacitors using microporous carbons with a specific surface area of ca. 2000 m²·g^− 1 calculated from gas sorption by the 2D-NLDFT method. The efficient capacitive charge storage was ascribed to textural properties: unlike most activated carbons, high specific surface area was made accessible to the bulky ions of the ionic liquid electrolyte thanks to micropores (1–2 nm) enabled by fine-tuning chemical activation. From the industrial perspective, a high volumetric capacitance of ca. 80 F·cm^− 3 was reached in neat ionic liquid due to the absence of mesopores. The use of microporous carbons from biomass waste represents an important advantage for large-scale production of high energy density supercapacitors.     

壳聚糖基多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以胶态SiO₂纳米粒子为模板,壳聚糖为碳源,ZnCl2为活化剂,制备了具有不同比表面积和孔体积的氮掺杂介孔碳。采用多种表征手段对碳材料的微观形貌、比表面积和孔道结构进行了表征,探究了壳聚糖与SiO₂纳米粒子的比例以及ZnCl2活化剂对碳材料孔体积和比表面积的影响。结果表明,在未使用活化剂时碳材料(CSi-1.75)的孔体积高达4.53 cm³·g^-1,但其比表面积最小(729 m²·g^-1);使用ZnCl₂作为活化剂制备的碳材料(CSi-1.75-Zn)比表面积为1032 m²·g^-1,但其孔体积下降到1.99 cm³·g^-1,且具有最多的吡啶氮和吡咯氮。在以6.0 mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,CSi-1.75-Zn的比电容为344 F·g^-1,而CSi-1.75的比电容仅为255 F·g^-1。这表明碳材料的比表面积对超级电容性能影响最大,而孔体积影响较小。电容贡献分析结果表明,相对于CSi-1.75,CSi-1.75-Zn的双电层电容和赝电容都得到了提高,这表明更大的比表面积和更多的吡啶氮和吡咯氮有利于提高碳材料的超级电容性能。     

Enhanced electrochemical performance of straw-based porous carbon fibers for supercapacitor

The efficient utilization of natural biomass as renewable raw materials is of importance. We herein prepared porous carbon fibers (PCFs) by activation of the extracted cellulose microfibers from the agriculture byproduct of corn straw. Different from the porous carbons (PCs) by directly activating straw, the obtained PCFs had typical one-dimensional morphology with high surface area (2013 m² g^?1) and large pore volume (1.27 cm³ g^?1). The influence of the ZnCl₂/cellulose mass ratio on the electrochemical performance was studied, and the optimized PCF(1:1) possessed a much higher specific capacitance than the PC(1:1) sample, which was attributed to the improved specific surface area as well as the fiber-like morphology where it had short ion diffusion route and small interfacial resistance in comparison to PCs. PCFs have a high specific capacitance of 230 F g^?1 at 0.5 A g^?1, and 183 F g^?1 was retained at 20 A g^?1 (79.6%), revealing an excellent rate capability. The assembled symmetrical supercapacitor exhibited a wide potential window of 1.8 V, small electrochemical impedance, and superior cycle performance. Moreover, a high energy density of 16.0 Wh kg^?1 was obtained at a power density of 450.4 W kg^?1, which was preserved of 6.9 Wh kg^?1 at a high power density of 14,194.3 W kg^?1.     

Synthesis of micro- and mesoporous carbon spheres for supercapacitor electrode

Micro- and mesoporous carbon spheres (MMCSs) are synthesized by the polymerization of colloidal silica-entrapped resorcinol/formaldehyde in the presence of ammonia as catalyst, followed by carbonization, sodium hydroxide (NaOH) etching to remove silica template, and potassium hydroxide (KOH) activation. The morphology and microstructure are characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and nitrogen adsorption–desorption. The results show that a typical sample (denoted as MMCS-3) unites the characteristics of regular spherical shape (uniform diameters of 500 nm), high specific surface area (1,620 m² g^?1), large pore volume (1.037 cm³ g^?1), and combined micropores and mesopores (11.0 nm), which endows MMCS-3 good electrochemical performance. MMCS-3 as supercapacitor electrode shows a specific capacitance of 314 F g^?1 under a current density of 0.5 A g^?1 and low internal resistance of 0.2 Ω in 6 M KOH aqueous solution. The electrochemical capacitance still retains 198 F g^?1 at a high current density of 10 A g^?1. After 500 cycle numbers of galvanostatic charge/discharge at 0.5 A g^?1, MMCS-3 electrode still remains the specific capacitance of 301 F g^?1 with the retention of 96 %. This study highlights the potential of well-designed MMCSs as electrodes for widespread supercapacitor applications.     

壳聚糖基多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以胶态SiO₂纳米粒子为模板,壳聚糖为碳源,ZnCl₂为活化剂,制备了具有不同比表面积和孔体积的氮掺杂介孔碳。采用多种表征手段对碳材料的微观形貌、比表面积和孔道结构进行了表征,探究了壳聚糖与SiO₂纳米粒子的比例以及ZnCl₂活化剂对碳材料孔体积和比表面积的影响。结果表明,在未使用活化剂时碳材料(CSi-1.75)的孔体积高达4.53 cm³·g^-1,但其比表面积最小(729 m²·g^-1);使用ZnCl₂作为活化剂制备的碳材料(CSi-1.75-Zn)比表面积为1 032 m²·g^-1,但其孔体积下降到1.99 cm³·g^-1,且具有最多的吡啶氮和吡咯氮。在以6.0 mol·L^-1KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,CSi-1.75...     

石墨烯/钴镍双金属氢氧化物复合材料的制备及电化学性能研究

采用微波辐射与高温裂解相结合的二步还原法制备石墨烯。二步还原使氧化石墨被充分还原和剥离,所得到的石墨烯有较好的传导性,其比表面达675.4 m2.g-1。以此石墨烯为原料,水热法合成出石墨烯/钴镍双金属氢氧化物复合材料,并考察了复合材料作为超级电容电极材料的电化学性能。研究发现,褶皱的石墨烯纳米片均匀分散在钴镍双金属氢氧化物中,这改善了钴镍双金属氢氧化物的传导性和结构稳定性。在0.25 A.g-1电流密度下,复合材料的比电容量是800.2 F.g-1。当电流密度增加至10 A.g-1,比电容量为386.5 F.g-1,恒电流充-放电500次后比电容量仍能保持99%以上,这些呈示该复合材料具有优良的电化学性能。