混合盐活化胖大海基多孔炭的制备及超级电容器电极材料性能

利用浸泡后的胖大海为碳源, 氯化锌和氯化锂混合盐作为活化剂, 采用炭化胖大海(PC-1)、添加氯化锌(PC-2)或添加氯化锌/氯化锂(PC-3)的胖大海的方法制备了3种多孔碳材料, 并通过三电极体系测试电极材料的电化学性能。结果表明, 3种碳材料在电流密度为0.5 A/g的比电容分别为69、132和228 F/g; 当电流密度增加至10 A/g时, PC-3的比电容仍高达166 F/g, 具有良好的倍率性能。该实验表明, 通过氯化锌/氯化锂复合盐活化胖大海分级多孔碳可作为高性能超级电容器电极材料。     

基于活化多孔碳负载聚苯胺正极和活化多孔碳负极的有机非对称超级电容器

采用KOH活化法制得高比表面积的活化多孔碳(aHPC),借助原位化学氧化法制得疏松多孔的活化多孔碳负载聚苯胺纳米复合材料(aHPC@PANI),并分别以aHPC及aHPC@PANI为负极与正极,以四乙基氟硼酸-乙腈为电解液,构建有机非对称超级电容器。电化学测试结果显示:在1A/g电流密度下,aHPC@PANI正极与aHPC负极分别呈现256.7F/g(-0.6~0.8V)及152.4F/g(-2~-0.6 V)的比容量;所组装的有机非对称电容器呈现宽电位窗口(2.8V),高的能量密度(在0.75kW/kg功率密度下为56.2 W·h/kg)及优异的循环稳定性(循环5 000次后其比电容保持率高达92.4%)。     

碳基超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器是近年迅速发展起来的一种新型储能元件,决定超级电容器性能的最重要因素是电极材料。碳材料以其比电容高、循环寿命长和资源丰富等优点,已经成为当前超级电容器电极材料的有力竞争者。用作超级电容器电极的碳材料主要包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。本文详细介绍了超级电容器用碳材料的特点、应用及发展状况,并指出制备具有大比表面积和高导电率的多孔碳是当前碳材料电极的主要研究方向。     

柚子皮衍生的分级多孔碳作为高性能超级电容器的电极材料

使用CTAB作为软模板,水热处理柚子皮,再以碳化和KOH活化过程得到了分级多孔碳(HPC),这种分级多孔碳材料的比表面积高达1 813 m~2·g~(-1),相比于没有水热步骤制备的多孔碳(PC),拥有更加丰富的介孔结构和更大的比表面积。XPS分析结果表明HPC的氧掺杂量更高,会比PC贡献更大的赝电容。三电极测试体系中,HPC的比电容达到285 F·g~(-1)(0.5 A·g~(-1),1 mol·L~(-1)KOH)。同时,组装的两电极对称超级电容器拥有很好的倍率性能,循环12 000次充放电后,比电容依旧保留99%。HPC拥有这样优异的性能归结于较大的比表面积,高氧掺杂量和合理的孔径分布的协同作用。     

明胶基多孔碳球电极材料的制备及电化学性能研究

Gelatin-based porous carbon beads have been fabricated from gelatin micro-spheres by means of solidification, carbonization and chemical activation with KOH. The physical properties of gelatin-based porous carbon beads were studied by a t-plot method based on N₂ adsorption isotherms. The gelatin-based porous carbon beads activated at 800 ℃ exhibited the largest specific surface area and resulted in the highest capacitance. Carbon/carbon super-capacitors cells assembled with the electrode materials in 1.0 mol·L^-1 NEt₄BF₄ / acetonitrile electrolyte have also been studied. The electrochemical properties of gelatin-based porous carbon beads electrode were studied by using constant-current discharge tests. The results indicate that the gelatin-based porous carbon beads electrode is with good cycling stability and specific capacitance of 119.8 F·g^-1.     

低成本硫掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以廉价的胶态二氧化硅为模板,蔗糖为碳源,硫酸为预碳化试剂和硫源,通过硬模板法制备了相对廉价的硫掺杂多孔碳(SSC-T,T℃代表碳化温度)材料。采用多种表征方法对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构、比表面积和表面硫物种进行了表征,探究了硫酸和碳化温度对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构和比表面积的影响。结果表明,碳化温度对碳的孔结构、比表面积和硫元素的含量有显著的影响,其中900℃碳化得到的样品SSC-900具有最大的比表面积、孔体积和比电容,远高于未加入硫酸制备的碳材料SC-900,表明硫酸的加入可以提高碳材料的比表面积、孔体积,进而提高碳材料的比电容。与昂贵的有序介孔碳CMK-3相比,SSC-900具有成本更低、孔径更大和电容性能更好的优点。在以6.0 mol·L^-1 KOH为电解质的三电极体系中,在0.5 A·g^-1的电流密度下,SSC-900的比电容可以达到357 F·g^-1,而SC-900和CMK-3的比电容分别仅为152和266 F·g^-1。电容贡献分析表明,SSC-900的双层电容值和赝电容值均高于SC-900。此外,SSC-900在0.5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次后仍能保持98.4%的初始比电容。     

低成本硫掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以廉价的胶态二氧化硅为模板，蔗糖为碳源，硫酸为预碳化试剂和硫源，通过硬模板法制备了相对廉价的硫掺杂多孔碳(SSC-T，T℃代表碳化温度)材料。采用多种表征方法对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构、比表面积和表面硫物种进行了表征，探究了硫酸和碳化温度对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构和比表面积的影响。结果表明，碳化温度对碳的孔结构、比表面积和硫元素的含量有显著的影响，其中900℃碳化得到的样品SSC-900具有最大的比表面积、孔体积和比电容，远高于未加入硫酸制备的碳材料SC-900，表明硫酸的加入可以提高碳材料的比表面积、孔体积，进而提高碳材料的比电容。与昂贵的有序介孔碳CMK-3相比，SSC-900具有成本更低、孔径更大和电容性能更好的优点。在以6.0 mol·L^-1 KOH为电解质的三电极体系中，在0.5 A·g^-1的电流密度下，SSC-900的比电容可以达到357 F·g^-1，而SC-900和CMK-3的比电容分别仅为152和266 F·g^-1。电容贡献分析表明，SSC-900的双层电容值和赝电容值均高于SC-900。此外，SSC-900在0.5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次后仍能保持98.4%的初始比电容。     

超级电容器用含氮碳与含氮碳/炭气凝胶复合电极材料的制备和性能研究

采用原位聚合法合成聚苯胺(PAIN)及聚苯胺/炭气凝胶(PAIN/CA)复合材料,经过高温裂解制备含氮碳(NC)及含氮碳/炭气凝胶复合材料(NC/CA),再以KOH为活化剂对其进行活化,制备活化含氮碳(ANC)及活化含氮碳/炭气凝胶复合材料(ANC/CA)。采用扫描电镜、循环伏安、恒流充放电以及电化学阻抗等方法进行性能测试,结果表明,由于KOH的活化作用,含氮碳材料的粒径明显变小,其比电容值为138 F/g,高于未活化含氮碳材料(98 F/g),ANC/AC3复合材料电极的比电容值比ACA电极(88 F/g)高,达到127 F/g。     

基于碳材料的超级电容器电极材料的研究

超级电容器作为一种新型的能源存储装置,因为其比容量大、充放电速度快、循环寿命长等优点,在储能领域引起了极为广泛的关注。电极材料是决定超级电容器性能的核心因素,其中,常用的超级电容器电极材料主要有如下三类:碳基材料、金属氧化物及氢氧化物材料和导电聚合物材料。本文综述了超级电容器的工作原理并详细介绍了基于碳材料及其二元、三元复合体系的电极材料的研究进展。     

碳基三维自支撑超级电容器电极材料研究进展

自支撑电极材料在超级电容器中有着广泛的应用. 碳材料具有结构多样、来源丰富、价格低廉以及性能稳定等优点,是构建三维自支撑电极材料的首选基底材料. 本文结合作者课题组的研究工作,从“由上而下”和“由下而上”两个方面,概述了设计、制备三维自支撑电极材料的常用方法及材料的电容性能,希望对开发利用天然可再生资源,制备高性能的自支撑电极材料及其在超级电容器材料中的应用有所帮助.     

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。     

胡萝卜基多孔炭的制备及其电化学电容行为

以冷冻干燥获得的多孔胡萝卜为炭源,经过600℃氮气氛围下炭化和KOH活化,获得了多孔结构的炭材料。采用红外光谱、X-射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗对多孔炭进行了微结构和电容性能研究。结果表明:通过活化处理,多孔炭的比表面积从7m²·g^-1大幅提高到147m²·g^-1。而且,活化后的多孔炭产生了414F·g^-1的最大比电容,且电流增至4A·g^-1时的电容保持率为74.5%。而未活化的多孔炭最大电容为253F·g^-1,电容保持率仅为45.1%。此外,活化后的多孔炭还具有优异的电化学稳定性。在5A·g^-1电流下循环8000圈后,其电容保持率高达94%。活化后的多孔炭在电容性能方面的极大改善与其比表面积的大幅提高及介孔的增多有密切关系。     

氯化钠模板诱导木质素基多孔炭的制备及其超级电容器性能

以木质素为碳源,氯化钠为模板,通过低温回流使木质素包覆在氯化钠外层,高温煅烧获得木质素基多孔炭,研究了其作为电极材料在超级电容器中的应用。 结果表明,改变煅烧温度可调控所得样品的孔结构,其比表面积在548~600 m²/g之间可变,且随着煅烧温度升高,比表面积和孔体积先增大后减少。 700 ℃煅烧所得样品具有最大的比表面积,并表现出最高的电容性能,其在6 mol/L KOH电解液中比电容可达252 F/g,有效面积电容高达31.2 μF/cm²,模板氯化钠可清洗分离并可循环利用。 提出了一种废弃物高附加值制备超级电容器用多孔炭的绿色方法。     

胡萝卜基多孔炭的制备及其电化学电容行为研究

以冷冻干燥获得的多孔胡萝卜为炭源,经过600℃氮气氛围下炭化和KOH活化,获得了多孔结构的炭材料。采用红外光谱、X-射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗对多孔炭进行了微结构和电容性能研究。结果表明:通过活化处理,多孔炭的比表面积从7 m²·g^-1大幅提高到147 m²·g^-1。而且,活化后的多孔炭产生了414 F·g^-1的最大比电容,且电流增至4 A·g^-1时的电容保持率为74.5%。而未活化的多孔炭最大电容为253 F·g^-1,电容保持率仅为45.1%。此外,活化后的多孔炭还具有优异的电化学稳定性。在5 A·g^-1电流下循环8 000圈后,其电容保持率高达94%。活化后的多孔炭在电容性能方面的极大改善与其比表面积的大幅提高及介孔的增多有密切关系。     

多孔碳材料的制备

多孔碳材料不仅具有碳材料化学稳定高、导电性好等优点,由于多孔结构的引入,还具有比表面积高、孔道结构丰富、孔径可调等特点,在催化、吸附和电化学储能等方面都得到了广泛的应用。本文综述了微孔、介孔、大孔及多级孔碳等多孔碳材料的最新研究进展,重点介绍了多孔碳孔道结构的调控,并对多孔碳材料的应用进行了展望。     

A Simple Route to Produce Highly Efficient Porous Carbons Recycled from Tea Waste for High-Performance Symmetric Supercapacitor Electrodes

High-performance porous carbons derived from tea waste were prepared by hydrothermal treatment, combined together with KOH activation. The heat-treatment-processed materials possess an abundant hierarchical structure, with a large specific surface of 2235 m² g⁻¹ and wetting-complemental hydrophilicity for electrolytes. In a two-electrode system, the porous carbon electrodes’ built-in supercapacitor exhibited a high specific capacitance of 256 F g⁻¹ at 0.05 A g⁻¹, an excellent capacitance retention of 95.4% after 10,000 cycles, and a low leakage current of 0.014 mA. In our work, the collective results present that the precursor crafted from the tea waste can be a promising strategy to prepare valuable electrodes for high-performance supercapacitors, which offers a practical strategy to recycle biowastes into manufactured materials in energy storage applications.     

KOH Direct Activation for Preparing Activated Carbon Fiber from Polyacrylonitrile-based Pre-oxidized Fiber

The activated carbon fiber（ACF） was prepared from polyacrylonitrile-based pre-oxidized fiber（PANOF） by KOH direct activation. The influence of activation conditions including impregnation ratio（the mass ratio of PANOF to KOH）, activation temperature and activation time on the pore structure and electrochemical properties of ACF was investigated, and the corresponding activation mechanism was proposed. The ACF prepared at an activation temperature of 800℃ and an impregnation ratio（the mass ratio of PANOF to KOH） of 1：2 for an activation time of 1 b in 6 mol/L KOH solution exhibits a specific surface area of 3029 m^2/g, a mesoporosity of 84.2% and a specific capacitance of 288 F/g, and shows a good capacitive performance. The prepared ACF can be used as the electrode material for supercapacitors.