碳气凝胶及活化碳气凝胶电极材料制备与性能

以间苯二酚(R)-甲醛(F)为原料,制备了有机气凝胶和碳气凝胶,并对其进行二氧化碳活化。X射线衍射(XRD)测试表明,二氧化碳渗入到碳气凝胶网络结构发生反应,造成(002)峰和(100)峰减弱;扫描电子显微镜(SEM)测试表明,活化没有破坏碳气凝胶的骨架结构,而是增加了大量的nm尺度微孔,从而大大提高了碳气凝胶的比表面积和微孔比例。在1 mol/L KOH电解液中进行了循环伏安和计时电位扫描测试,电极材料电化学性能稳定,具有较好的可逆性,在1 mA/s电流密度下进行充放电测试,得到活化前电极比电容为103 F/g,活化后由于比表面积的增加,比电容达到371 F/g,是一种理想的电化学电极材料。     

氮掺杂碳气凝胶电极材料的制备及性能

以三聚氰胺（M）、间苯二酚（R）和甲醛（F）为原料,经溶胶-凝胶法、超临界干燥和高温碳化制备了系列的氮掺杂碳气凝胶（NCAs）。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,氮元素成功地引入到碳气凝胶中,并且可以通过调节三聚氰胺掺杂量来控制氮掺杂量;扫描电子显微镜（SEM）和N2吸附测试显示出不同氮掺杂量的碳气凝胶的微观结构差异较大,随着氮含量的增加,比表面积有先减后增的趋势;在6 mol/L KOH溶液中进行的恒流充放电和循环伏安测试表明,引入氮元素能够极大地改善碳气凝胶的电化学性能,最高比电容量达176 Fg-1,并且凝胶具有良好的电容特性和可逆性。     

CO_2活化温度对N-C复合碳气凝胶结构及电化学性能的影响

采用CO2活化工艺对氮掺杂碳气凝胶(N-CA)的结构进行重整,并系统研究了活化温度对活化氮掺杂碳气凝胶(N-ACA)孔结构及电化学性能的影响。利用N2吸附数据、X-光电子能谱(XPS)和元素分析对样品的结构及元素组成进行表征。结果表明,随活化温度的升高,N-ACA的比表面积逐渐增大,其含有的氮原子分数逐渐减少,吡咯氮含量明显增加。利用循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等测试技术评价了碳气凝胶样品在6mol·L-1 KOH电解液中的电化学性能,结果发现,合理的孔结构与较高的吡咯氮含量是影响电容器比容量的关键因素。在5mV·s-1扫描速率下测试950-N-ACA电极的比电容值高达267.4F·g-1,经1000次充放电后比电容损失值在1.5%以内。     

CO2活化温度对N-C复合碳气凝胶结构及电化学性能的影响

采用CO2活化工艺对氮掺杂碳气凝胶(N-CA)的结构进行重整,并系统研究了活化温度对活化氮掺杂碳气凝胶(N-ACA)孔结构及电化学性能的影响。利用N2吸附数据、X-光电子能谱(XPS)和元素分析对样品的结构及元素组成进行表征。结果表明,随活化温度的升高, N-ACA的比表面积逐渐增大,其含有的氮原子分数逐渐减少,吡咯氮含量明显增加。利用循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等测试技术评价了碳气凝胶样品在6 molL-1 KOH电解液中的电化学性能,结果发现,合理的孔结构与较高的吡咯氮含量是影响电容器比容量的关键因素。在5 mVs-1扫描速率下测试950-N-ACA电极的比电容值高达267.4 Fg-1,经1000次充放电后比电容损失值在1.5％以内。     

常压干燥法制备碳气凝胶及其电极性能研究北大核心CSCD

以间苯二酚-甲醛为前驱体,通过加入P123以增强有机气骨架的方法,采用常压干燥技术制备碳气凝胶电极材料,有机凝胶在干燥过程中收缩率极大降低。通过二氧化碳活化法对常压干燥获得的碳气凝胶孔结构进行了调控。研究了不同温度对其结构的影响,获得了最高比表面积达3544m2/g的碳气凝胶。6mol/L的KOH电解液中测试表明,常压干燥碳气凝胶具有稳定的充放电性能,随着活化温度的升高,比容量逐渐增加,最高比电容可达261F/g。常压干燥技术制备的碳气凝胶电极材料在降低生产成本的同时,仍具有理想的电化学性能。     

MnO_2/石墨烯复合电极材料的制备与储能性能

以葡萄糖为还原剂,天然石墨片为原料,采用Hummer法制备了石墨烯粉末(Graphene);并以该产物、KMnO4和HCl为原料,采用水热法制备了MnO2/Graphene复合材料。用扫描电子显微镜和X射线衍射对所制备的复合材料进行了表征,结果表明,水热法制备的MnO2材料为纯的α-MnO2相,且石墨烯粉末的加入并没有影响MnO2的晶体结构。在1mol/L Na2SO4电解液中进行了循环伏安和计时电位扫描测试,电极材料电化学性能稳定,具有较好的可逆性,在1.27mA/cm2电流密度下进行充放电测试时,电极比电容为147.9F/g;再循环1000次后,电极仍能保持稳定的电容,是一种理想的电化学电极材料。     

CO2活化温度对碳气凝胶结构及氢吸附性能影响

以间苯二酚(R)和甲醛(F)为前驱体制备出RF碳气凝胶,并利用CO2气体对其进行活化,通过热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)、氢吸附等表征手段研究了活化过程中温度对碳气凝胶微结构及氢吸附性能的影响。结果表明：CO2活化可使碳气凝胶比表面积大幅提高,且不会影响其微孔网络结构。随着活化温度的升高,碳气凝胶非晶性变得更加明显,失重率显著增加,微孔体积、比表面积及氢吸附量先增后减,有望通过改变CO2活化温度增加碳气凝胶微孔数量来提高其氢吸附性能。     

碳气凝胶储氢性能的理论研究

采用基于Metropolis蒙特卡罗和Reverse蒙特卡罗的杂化逆向蒙特卡罗方法,构建碳气凝胶的微孔结构模型,根据碳气凝胶的介孔尺寸构建介孔模型.设计不同形状、不同孔径的介孔模型,使用巨正则蒙特卡罗方法详细模拟在298 K和77 K下的储氢量.结果显示,在77 K时,所设计的碳气凝胶的储氢量几乎是室温下的4倍.在77 K,100 bar时,储氢量最高可达到11.12 wt%和45.68 g·L^-1.     

对苯二酚-甲醛碳气凝胶的制备

 溶胶-凝胶法制备了高HC比（10~40,对苯二酚与催化剂(Na₂CO_{3/sub>)的物质的量之比）的对苯二酚-甲醛有机气凝胶,并经高温碳化处理得到其碳气凝胶。借助有机气凝胶的红外光谱研究了其化学结构,说明其网孔结构形成的可能性;研究了有机气凝胶的扫描电镜图像、比表面积及孔径分布等,并得到碳化前后的一些对比数据：有机气凝胶颗粒大小30~50 nm,碳化后约为10 nm,比表面积从341.77 m²/g增大到452.75 m²/g,密度从0.170 8 g/cm^{3/sup>增大到0.335 6 g/cm3/sup>。}}     

超高比表面积氮掺杂碳气凝胶的制备及其电化学性能

以间苯二酚和甲醛为反应前驱体, 三聚氰胺为氮源, 通过溶胶-凝胶法制备出氮掺杂碳气凝胶(N-CA), 并对其进行CO2活化后得到活化氮掺杂碳气凝胶(N-ACA), 分别通过扫描电子显微镜、氮吸附、X-光电子能谱和元素分析研究样品的表面形态、孔结构以及含氮官能团的存在形态, 并利用恒流充放电(GV)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱等检测技术评价了其在6 molL-1 KOH电解液中的电化学性能。 实验结果表明: 丰富的孔隙结构和含氮官能团的存在形态是影响碳基电容器性能的决定性因素。 经CO2活化后的N-CA富含较多的的微孔和介孔, 比表面积高达4082 m2g-1, 供电子能力较强的吡咯氮含量有所增加, 在1 mA电流密度下测试的比电容值高达211.9 Fg-1, 经1200次充放电后比电容值保持在98%以上。     

Electrochemical properties of Mn-doped activated carbon aerogel as electrode material for supercapacitor

Carbon aerogel (CA) was prepared by a sol-gel polymerization of resorcinol and formaldehyde, and it was activated with KOH to obtain activated carbon aerogel (ACA). Specific capacitance of carbon aerogel and activated carbon aerogel was measured by cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge methods in 6 M KOH electrolyte. Activated carbon aerogel showed higher specific capacitance than carbon aerogel (136 F/g vs. 90 F/g). In order to combine excellent electrochemical performance of activated carbon aerogel with pseudocapacitive property of manganese oxide, 7 wt% manganese oxide was doped on activated carbon aerogel by an incipient wetness impregnation method. For comparison, 7 wt% manganese oxide was also doped on carbon aerogel by an incipient wetness impregnation method. It was revealed that 7 wt% Mn-doped activated carbon aerogel (Mn/ACA) showed higher specific capacitance than 7 wt% Mn-doped carbon aerogel (Mn/CA) (168 F/g vs. 98 F/g). The enhanced capacitance of 7 wt% Mn-doped activated carbon aerogel was attributed to the outstanding electric properties of activated carbon aerogel as well as the faradaic redox reactions of manganese oxide.     

High performance of activated multi-walled carbon nanotube composite electrode in KI redox electrolyte

Abstract

High performance electrodes for supercapacitor usually are achieved by compositing conductive and redox materials, the former such as multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), graphene, etc., provide the electrical double-layer capacitances that far less than pseudo-capacitances of the later (metal oxide, polyaniline, and so on). Here, carbonaceous composite electrode of MWCNTs and the redox electrolyte are combined into an electrochemical system for high synergetic effect of capacitance. MWCNT is activated by acid treatment and its structures are characterized by scanning electron microscope, X-ray diffraction, and Infrared spectroscopy analyses. The electrochemical measurements of resultant electrodes showed an excellent synergetic effect. The acid-activated MWCNTs electrode exhibited the maximum specific capacitance of 682 F/g in 0.2 M KI redox electrolytes, which is about 2–20 times larger than MWCNTs and its composite electrode in universal electrolyte without KI.     

Mn-doped activated carbon aerogel as electrode material for pseudo-capacitive supercapacitor: Effect of activation agent

Carbon aerogel (CA) was prepared by a sol-gel polymerization of resorcinol and formaldehyde, and a series of activated carbon aerogels (ACA-X, X = H₃PO₄, K₂CO₃, KOH, and ZnCl₂) were then prepared by a chemical activation using different activation agent (X represented an activation agent). Specific capacitances of activated carbon aerogels were measured by cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge methods in 6 M KOH electrolyte. Among the samples prepared, ACA-K₂CO₃ showed the highest specific capacitance (152 F/g). In order to combine excellent electrochemical performance of activated carbon aerogel with pseudo-capacitive property of manganese oxide, 7 wt% manganese oxide was doped on activated carbon aerogels (Mn/ACA-X) by an incipient wetness impregnation method. Capacitance measurements revealed that Mn/ACA-K₂CO₃ showed the highest specific capacitance (189 F/g). The enhanced capacitance of Mn/ACA-K₂CO₃ was attributed to the fine pore structure and outstanding electric properties of activated carbon aerogel as well as the faradaic redox reactions of manganese oxide.     

活性炭超级电容器电极材料放电过程非线性特征研究

论述了活性炭超级电容器材料充放电性能的测试方法步骤和测试结果,在此基础上,通过模拟,确定放电电流随时间的变化规律.建立物理模型,用固体物理理论,从微观角度研究材料的电阻随温度的变化,进而得到活性炭超级电容器材料放电电流强度随温度和放电时间变化规律的解析式,探讨材料原子的非简谐振动对电极材料放电性能的影响.结果表明:(1)电极材料放电电流随时间的变化并不遵从将它作为线性元件处理时的按时间的负指数规律变化,而是非线性减小,减小的情况与温度有关;(2)活性炭超级电容器材料的电阻随温度升高而增大.增大情况与原子振动情况有关:将原子振动作简谐近似处理时,材料的电阻的倒数几乎与温度成反比,考虑到原子非振动后,其电阻随温度升高而增大的情况加剧,温度愈高,非简谐振动项的影响愈大;(3)本文提出的物理模型和采用的理论,能对活性炭超级电容器电极材料放电性能进行有效的研究.     

辐射法制备Pd掺杂碳气凝胶粉末

利用辐射还原法,在100, 200, 500 kGy辐射剂量下制备了金属Pd掺杂的碳气凝胶粉末。X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）和能谱测试证实了辐射法成功地制备出Pd掺杂的碳气凝胶粉末复合物。SEM照片表明,还原生成的金属Pd相对均匀地分布在所有碳气凝胶颗粒表面。N2吸附数据分析表明:掺入金属Pd后,碳气凝胶粉末比表面积、平均孔径和总孔体积都显著减小。由于被还原金属大多沉积在碳气凝胶粉末表面,不同辐射剂量下制得的掺杂碳气凝胶粉末的比表面积等多孔特征数据相差不大。