氧化锰表面改性活性炭电极材料的电化学特性

用Mn(NO3)2溶液浸渍-高温热解法对普通活性炭进行表面改性处理以改善其电化学性能. 采用氮气吸附、SEM、XRD等方法研究改性活性炭的比表面积、孔结构、形貌和氧化锰的晶体结构; 用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法研究了改性活性炭电极构成的电化学电容器的性能. 结果表明, Mn(NO3)2热解产生的多价态氧化锰有法拉第赝电容效应, 尤其是立方晶形结构的α-Mn2O3, 与活性炭的双电层电容构成了复合电容, 因而改性炭材料的比电容有明显的提高, 其质量比电容达到254 F·g-1, 比未改性炭的165 F·g-1提高了54%. 改性炭电极电化学电容器具有优异的充放电可逆性和稳定性, 而且等效串联电阻较小, 只有0.40 Ω; 经2000次循环的长期测试, 容量保持率几乎达到100%.     

高容量超级电容器电极材料的设计与制备

超级电容器寿命长,安全性高,并可以实现快速充放电,是化学电源研究的热点之一。然而,超级电容器的能量密度较低限制了其更多的应用。因此,超级电容器领域的研究关注点在如何提高超级电容器的能量密度。其中,提高比容量是提高能量密度的一种有效途径。本文通过对电极材料和电解液的优化来研究制备得到高容量超级电容器的方法。电极材料的比表面积、孔道结构和导电性对其电化学性能有着直接的影响。一方面,通过优化电极材料的孔道结构和比表面积可以增加活性位点并提高电解液离子传导率,从而得到高比电容。另一方面,电极材料导电性的提高有利于提升其电子传导率从而得到较高的比容量。本文分别对碳材料和金属氧化物/氢氧化物的优化达到了增加双电层电容和赝电容的目的。不仅如此,还可以通过在电解液中增加氧化还原电对从而得到高比电容。这一方法为高容量超级电容器的制备提供了新的思路。     

新型活性炭材料在双电层电容器中的应用研究

以椰壳为原料,利用特定的物理 化学方法在一定条件下制得双电层电容器活性炭电极材料.实验表明,该活性炭经压制成型后制作的双电层电容器,具有大的比电容,文中同时研究了酸处理、二次活化以及电极冷压成型方法对电极性能的影响.     

以食糖热裂解碳作为电极的双电层电容器的性能

近年来, 随着各种电子仪器的飞速发展, 对可充电的脉冲功率电源和备用电源的研究越来越引起人们的高度重视. 同时, 由于空气中汽车尾气浓度的增加使环境污染日趋严重, 因此对电动车辆的应用要求也就越来越紧迫. 双电层电容器(EDLC)的容量可以达到或接近Ni-Cd电池的容量,它和蓄电池组合应用, 两种器件能取长补短, 可达到最佳匹配状态, 并成为电动车辆理想的电源系统[1,2].对EDLC影响最大的是电极材料, 现在主要使用具有电子传导性和大比表面积的活性炭. 考虑到生产技术和原料如PVDC、聚丙烯腈、 酚醛树脂 [3~9]等聚合物来源问题, 我们尝试了一种制备活性炭的新前驱物—食糖, 在不同条件下进行热裂解, 并通过改变活化方法, 制备了各种类型的活性炭, 初步探讨了制备活性炭的方法及其作为双电层电容器电极的性能.     

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。     

EDLC用分级孔炭电极材料的制备与超电容性能研究

采用有机-有机自组装法和化学活化法相结合,制备了分级孔炭电极材料(HPC)。氮气静态吸附测试表明,化学活化使介孔炭的孔壁上产生了大量的微孔,从而使其比表面积大大增加。与以硬模板法制备的有序介孔炭(OMC)相比,HPC比OMC具有更为优异的电化学性能,这是因为微孔和介孔直接相连的分级孔结构,不仅增大了比表面积,而且能够显著减小电解质离子在电极材料孔道内的扩散阻力。     

双电层电容器用新型无灰煤(HyperCoal)基活性炭的制备

以无灰煤(HyperCoal)为原料,KOH和CaCO3为活化剂制备了煤基活性炭,采用低温N2吸附法表征了活性炭的比表面积和孔结构,测定了活性炭用作双电层电容器(EDLC)电极材料的电化学性能。考察了炭化温度、活化温度、活化时间和活化剂对活性炭电容特性的影响。研究结果表明,比表面积和比电容随着炭化温度的升高而降低,活化温度过高或活化时间太长对比电容有不利影响。此外,CaCO3影响活化过程中孔的开发,显著降低所制备活性炭的比表面积和比电容。在炭化温度为500℃、活化温度为800℃、KOH与焦的质量比为4∶1和活化时间2 h下所得活性炭的比表面积和总孔容分别达到2 540 m2/g和1.65 cm3/g,该活性炭电极在0.5 mol/L TEABF4/PC电解液中的比电容达到最大值46.0 F/g。     

电化学双电层电容器电极材料——豌豆荚基活性炭的制备与表征

以豌豆荚为碳源、ZnCl₂或KOH为活化剂制备了活性炭, 并用作双电层电容器的电极材料. 采用比表面及孔隙度分析仪表征了豌豆荚基活性炭的孔结构. 通过KOH或ZnCl₂活化后, 活性炭比表面积从1.69 m²·g^-1增大到2237或621 m²·g^-1. 采用循环伏安法和恒流充放电测试技术表征了豌豆荚基活性炭的电化学特性. 结果表明: 在6 mol·L^-1 KOH溶液中经KOH活化处理的活性炭的质量比电容高达297.5 F·g^-1, 并具有良好的充放电稳定性, 在5 A·g^-1的高电流密度下循环充放电500次后, 质量比电容仅衰减8.6%.     

电化学电容器中二氧化锰电极材料研究进展

本文在简介MnO2电极材料的性质和特点基础上,重点介绍近5年来国内外有关MnO2电极材料在合成及电化学电容器应用领域中的最新进展,及未来可能的发展方向。     

焦粉活性炭/Al-Ni(OH)2复合电极材料的制备及其超级容器性能

以焦粉为原料,用HNO3预处理除灰,采用KOH浸渍-煅烧活化法制备焦粉活性炭(CPAC),通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射等表征其形貌,采用BET测试其比表面积、孔结构及孔径分布。初步考察了活化温度、活化时间等对焦粉活性炭电极材料电化学性能的影响。采用共沉淀法制备CPAC/Al-Ni(OH)2复合电极材料,通过恒电流充放电测试及循环伏安测试表征CPAC/Al-Ni(OH)2复合电极材料的电化学性能。结果表明,当活化温度为800℃、活化时间为3 h制得的焦粉活性炭电极材料的电化学性能最佳,比电容达到211 F/g。CPAC-800℃-3 h/Al-Ni(OH)2复合电极材料随Al掺杂量的增大呈现先增大后减小的趋势。在固定Al质量掺杂量为4%,炭镍质量比为1∶1时所得复合材料的比电容量最大:1173.6 F/g。恒电流充放电及循环伏安测试表明Al掺杂量为4%、炭镍比为1∶1的复合材料具有较好的电化学性能。     

Surface Modification and Performance of Activated Carbon Electrode Material

A commercial activated carbon was modified by surface treatment using three chemicals, nitric acid, hydrogen peroxide, and ammonia, respectively. The modified carbons were characterized by N₂ adsorption-desorption isotherms and FTIR spectroscopy. The resultant carbon electrode-based electric double-layer capacitors (EDLCs) were assembled with 6 mol·L⁻¹ KOH as the electrolyte. The influence of surface modification on the performance of EDLCs was studied by galvanostatic charge-discharge, cyclic voltammetry, and alternating current impedance. The surface modification resulted in no big decrease in specific surface area and little decrease in average pore size, and introduced functional groups, such as hydroxyl, carbonyl, and amidogen, on the carbon surface. These functional groups significantly improved the wettability and reduced the resistance of the activated carbon. As a result, the specific capacitance of the carbon modified with 65% HNO₃ reached 250 F·g⁻¹, 72.4% higher than that of original carbon. The leakage current of testing EDLCs decreased unexpectedly to 3-18 μA, only 0.8%-4.9% that of the original carbon electrode-based EDLC (371 μA).     

Structure and Electrochemical Performance of Hollow Tube Activated Carbon Prepared from Cotton as Electrode Material for Electric Double Layer Capacitor

Hollow tube-like activated carbon(HTAC) was fabricated by a simple and efficient carbonization method with cotton as carbon precursor activated by KOH without any template. The activation time from 0 to 90 min showed no significant effect on the micro-morphology, but greatly influenced the specific surface area and electrochemical performance. In the end, it was found that the sample activated for 60 min(HTAC-60) has a higher specific surface area of 2600 m²/g, a larger pore volume of 1.52 cm³/g and a greater specific capacitance of 483 F/g at a current density of 0.2 A/g in 1 mol/L H₂SO₄. Moreover, the sample HTAC-60 shows excellent cycle stability(only 12.2% loss after 5000 cycles) and a high energy density of 67.1 or 37.2 W·h·kg^-1 at a power density of 200 or 1000 W/kg, respectively, operated in a voltage range of 0-1.0 V in 1 mol/L H₂SO₄. The results indicate that cotton can potentially be used as a raw material for producing low cost and high performance activated carbon electrode materials for electric double layer capacitor.     

Characterization of Microporous Activated Carbon Electrodes for Electric Double-layer Capacitors

IntroductionElectric double layer capacitors( EDLCs) witha high power density can be used as memory back-up devices or electric vehicles.EDLCs store energyin the electric double layer by charge accumulationon the interface between the electrode and the elec-trolyte. In order to obtain reasonable energies andpower densities,the more suitable material forEDLCs musthave a high surface area with a signif-icant value of specific double layer capacitance,better pore size distribution and electro…     

葡萄糖加氢用Ru/活性炭催化剂: 改性方法对活性炭表面性能的影响

分别采用超临界甲醇流体、浓硝酸氧化、浓硝酸结合超临界甲醇流体等不同手段对椰壳活性炭进行了表面处理,用N2物理吸附、Boehm滴定、X光电子能谱仪(XPS)、电感耦合等离子原子发射光谱分析(ICP)、透射电镜(TEM)等手段研究了处理方法对活性炭表面孔结构及表面基团的影响;并以活性炭为载体,三氯化钌为活性前驱体,采用等容水浸渍法制备了钌炭催化剂,以葡萄糖加氢生产山梨醇为模型反应对制备的钌基催化剂的催化活性进行了评价.结果表明:各种处理方法对活性炭的比表面、孔径等孔结构性能影响不大;但超临界甲醇处理活性炭可明显减少活性炭表面含氧酸性基团的含量,尤其是羧基等不稳定基团的含量;而硝酸处理活性炭则可大幅度提高活性炭表面含氧酸性基团的含量,尤其是羧基等不稳定基团的含量增加更大.ICP分析结果表明:超临界甲醇处理活性炭并不改变活性炭样品对钌的吸附量,但硝酸氧化处理活性炭却能明显提高样品对钌的吸附能力.活性炭表面的这些含氧基团虽然有利于钌离子的吸附,但却不利于钌在活性炭表面的分散.由于超临界甲醇流体处理活性炭时的表面反应及萃取作用,可有效清除活性炭表面的不稳定含氧酸性基团,避免还原过程中钌的迁移聚集,使负载钌的分散度提高,有利于增强钌与活性炭间的相互作用,使钌部分缺失电子,钌的结合能升高;可明显提高负载钌炭催化剂葡萄糖催化加氢的活性.     

高能量密度和功率密度炭电极材料

以核桃壳为原料, 采用同步物理-化学活化法制备活性炭(AC). 用氮气吸附法和傅立叶红外光谱(FTIR), 对活性炭的孔结构和表面官能团进行了分析. 以活性炭为电极材料制备炭电极, 6 mol·L-1 KOH溶液为电解液组装成超级电容器, 利用恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试方法研究其电化学性能及其与活性炭材料结构的关系. 结果表明, 实验电容器的内电阻、漏电流小, 循环充放电稳定性好, 容量保持率高; 活性炭的比电容随比表面积的增加而增大, 且与BET比表面积呈线性相关; 孔径在1.5-4 nm之间的孔表面有利于形成有效的双电层. 中等比表面积1197 m2·g-1炭样的比电容高达292 F·g-1, 80 mA充放电时, 电容器能量密度高达7.3 Wh·kg-1, 功率密度超过770 W·kg-1,峰值功率密度为5.1 W·g-1.     

Carbon Electrode Material with High Densities of Energy and Power

Activated carbon (AC) samples as electrode materials were prepared by means of simultaneous physical-chemical activation using walnut shells as precursors. The porosity and surface chemistry of the resultant AC samples were studied by the nitrogen adsorption at 77 K, and FTIR spectrum. The testing supercapacitors were assembled with resultant carbon electrode and electrolyte of 6 mol·L⁻¹ KOH solution. Their electrochemical properties were investigated by charge-discharge of constant current, cyclic voltammogram, impedance spectrum and so on. The results showed that the capacitor had low inner resistance, low leakage current, high stability, and capacitance retainability. The specific capacitance of AC increased with increasing BET specific surface area. The specific capacitance of the AC sample with a specific area of 1197 m²·g⁻¹ could be as high as 292 F·g⁻¹. At a discharge current of 80 mA, the corresponding specific energy density, power density, and maximum power of the supercapacitor are 7.3 Wh·kg⁻¹, 770 W·kg⁻¹, and 5.1 W·g⁻¹, respectively.     

块状碳/氧化镍复合物的合成及电容特征

应用离子交换法将N i2+离子引入酚醛凝胶并碳化,制备出块状的碳/氧化镍(C/N iO)复合物材料.原子吸收光谱(AAS)、X射线衍射(XRD)和循环伏安测试(CV)表明,样品中引入的N i含量可以达到5.9%(by m ass),其存在形式主要是N iO,伴有少量未被氧化的金属N i,比电容和电容性能以N i含量为4.4%的表现最佳.     

表面改性活性炭活化过硫酸盐降解苯酚

采用硝酸氧化联合高温处理法对活性炭(AC)进行表面改性(样品记为ACNH),并将其用于活化过硫酸盐(PS)降解苯酚.通过氮气等温吸附、元素分析、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜等手段对改性前后活性炭的表面性质进行了表征分析.考察了活性炭投加量、PS/苯酚摩尔比、苯酚初始浓度和初始p H等条件对苯酚降解率的影响.结果表明,改性后活性炭活化PS能力显著提高,在ACNH/PS体系中苯酚的降解速率是AC0/PS体系中的5倍;ACNH的pH值适用范围宽;活性炭表面醌基、吡喃酮结构和碳原子平面层上的离域π电子(Cπ)在活化PS过程中起主要作用,而羧基起抑制作用.