酚醛基活性炭纤维孔结构及其电化学性能研究

利用水蒸汽活化法制备了酚醛基活性炭纤维(ACF-H2O), 对其比表面积、孔结构与在LiClO4/PC(聚碳酸丙烯酯)有机电解液中的电容性能之间的关系进行了探讨. 用N2(77 K)吸附法测定活性炭纤维的孔结构和比表面积, 用恒流充放电法和交流阻抗技术测量双电层电容器(EDLC)的电容量及内部阻抗. 研究表明, 在LiClO4/PC有机电解液中, ACF-H2O电极的可用孔径(d)应在0.7 nm以上. 随着活化时间的延长, ACF-H2O的孔容和比表面不断增大, 但微孔(0.7 nm ＜ d ＜ 2.0 nm)和中孔(d ＞ 2.0 nm)率变化很小, 活化过程中孔的延伸和拓宽同步进行, 但过度活化则造成孔壁塌陷, 孔容和比表面迅速下降. 因此, 除活化过度的样品外, 电容量随比表面积呈线性增长, 最高达到109. 6 F•g-1. 但中孔和微孔的孔表面对电容的贡献不同, 其单位面积电容分别为8.44 μF•cm-2和4.29 μF•cm-2, 中孔具有更高的表面利用率. ACF-H2O电极的电容量、阻抗特性和孔结构密切相关. 随着孔径的增大, 时间常数减小, 电解液离子更易于向孔内快速迁移, 阻抗降低, 电极具有更好的充放电倍率特性. 因此, 提高孔径和比表面积, 减少超微孔(d ＜ 0.7 nm), 是提高 EDLC能量密度和功率密度的重要途径. 然而仅采用水蒸汽活化, 只能在小中孔以下的孔径范围内进行调孔, ACF-H2O电极电容性能的提高受限.     

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利用化学气相反应法对掺杂石墨材料进行了SiC梯度涂层,研究了SiC梯度涂层对掺杂石墨材料热力学性能以及微观结构的影响。获得了约100μm的SiC涂层,涂层后的材料导热性能下降,而机械强度有所增加。对涂层表面的物相成分分析表明,除了SiC之外,还有少量的单质Si。厚膜SiC梯度涂层的掺杂石墨材料在HT-7托卡马克装置中经等离子体放电实验后,SiC的颗粒形貌发生了明显的变化,涂层厚度下降到约30μm。     

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用煅烧石油焦作填料、煤沥青作粘结剂和B4C、Si、Ti作添加剂，利用热压工艺制备了系列重结晶掺杂石墨，并通过化学气相反应法在掺杂石墨表面沉积了有梯度的SiC涂层。对掺杂石墨的热力学性能、微观结构及在HT-7装置的聚变环境中的行为进行了考察。结果表明：与纯石墨材料相比，掺杂了10%的B4C的重结晶石墨力学性能得到明显的改善，抗弯强度达104Mpa，但导热性能较差；掺杂了Si、Ti的重结晶石墨的热导率高，达314W•m-1•K-1，但力学性能较差；掺杂了BSTDG的石墨在聚变环境中的抗等离子体辐照能力明显提高；在HT-7装置中经过一轮实验的辐照后，SiC涂层厚度因等离子体的刻蚀由初期的40～50μm下降至5μm左右，且局部区域涂层剥落。     

超级电容器用中孔炭复合电极材料研究进展

超级电容器是一类利用电化学双电层或电极材料在电极/溶液界面发生的氧化还原反应来存储能量的装置,除兼有常规电容器功率密度大和二次电池能量密度高的特点外,还具有可逆性好和循环寿命长等优点.本文重点介绍了近几年国内外对中孔炭材料、表面官能团修饰中孔炭材料、中孔炭-金属氧化物、中孔炭-导电聚合物等几类电极材料的研究现状;并且展望了超级电容器用中孔炭及其复合电极材料的当前研究热点和发展前景.