活性炭中的氮與超級(ji)電(dian)容器混合

　　鋰(li)(li)(li)離子混合(he)超(chao)(chao)級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)結(jie)(jie)合(he)鋰(li)(li)(li)離子電(dian)(dian)(dian)池和(he)超(chao)(chao)級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)的(de)(de)主要優(you)點(dian)(dian)，已成為一種極具(ju)吸引力(li)的(de)(de)儲能系統(tong)。石(shi)(shi)墨烯和(he)活性(xing)炭作(zuo)為鋰(li)(li)(li)離子電(dian)(dian)(dian)池和(he)超(chao)(chao)級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)中(zhong)的(de)(de)普(pu)通電(dian)(dian)(dian)極材料，提供高化學(xue)、熱和(he)物理穩定性(xing)的(de)(de)可調多(duo)孔(kong)結(jie)(jie)構，導致電(dian)(dian)(dian)導率(lv)優(you)異，容(rong)量提高。將石(shi)(shi)墨烯和(he)活性(xing)炭中(zhong)的(de)(de)元(yuan)素氮混合(he)物視為進一步提高其性(xing)能。本文簡(jian)要總結(jie)(jie)了混合(he)超(chao)(chao)級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)的(de)(de)*新技術，重點(dian)(dian)是使用石(shi)(shi)墨烯和(he)活性(xing)炭。還強調了后續LiHSCs與石(shi)(shi)墨烯和(he)活性(xing)炭混合(he)的(de)(de)氮。

　　由混(hun)合超(chao)級電容(rong)器(qi)組成(cheng)

　　隨著(zhu)技術設備(bei)數量的增加和(he)(he)便攜式電子產品的發展，全球對(dui)智(zhi)(zhi)能(neng)高效儲能(neng)系統的需求(qiu)正在(zai)迅速增長。鋰離子電池(chi)(chi)(LIB)超(chao)級電容(rong)(rong)器確實是預計(ji)將(jiang)應(ying)用于(yu)智(zhi)(zhi)能(neng)儲能(neng)領域的絕佳(jia)候選人。以前使用的電池(chi)(chi)電極材(cai)料(liao)包括一些碳材(cai)料(liao)、金屬(shu)氧(yang)(yang)化物(wu)和(he)(he)金屬(shu)氫氧(yang)(yang)化物(wu)。而在(zai)LIHSC由(you)于(yu)其(qi)可管(guan)理的多孔結構和(he)(he)高表面積，常用的電容(rong)(rong)器電極材(cai)料(liao)由(you)活性炭(tan)組(zu)成。碳納(na)米管(guan)納(na)米管(guan)和(he)(he)石墨(mo)烯等(deng)其(qi)他(ta)材(cai)料(liao)。

　　石墨烯和(he)活性(xing)炭被廣泛研究(jiu)為鋰離子混合(he)(he)超級電(dian)容(rong)器的(de)(de)電(dian)極材料(liao)，因(yin)為它(ta)們具有較高的(de)(de)表面積，易于鋰離子插(cha)層，具有優異的(de)(de)容(rong)量保持性(xing)、長壽命周期和(he)約束結構類型。基于石墨烯或活性(xing)炭及其復合(he)(he)材料(liao)的(de)(de)電(dian)極組(zu)裝(zhuang)的(de)(de)混合(he)(he)設(she)備已報告高功率密(mi)(mi)度的(de)(de)高能量密(mi)(mi)度。據報道(dao)，長期穩定的(de)(de)循環壽命和(he)改進的(de)(de)容(rong)量保留。

　　采用(yong)形態控制(zhi)(zhi)和元素混合，以提高石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)和活(huo)性(xing)炭基電(dian)極的(de)性(xing)能(neng)。制(zhi)(zhi)備了(le)0-D石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)量子點，1-D石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)納米(mi)帶(GNR)，2-D石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)片(pian)，3-D石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)和多(duo)孔石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)。引(yin)入石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)的(de)3D為(wei)了(le)實現改(gai)(gai)進的(de)性(xing)能(neng)，交聯位點由石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)片(pian)制(zhi)(zhi)成π-π堆疊產生的(de)。可(ke)壓縮(suo)性(xing)90%，超輕重量和高導電(dian)性(xing)3D石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)氣凝(ning)膠印(yin)刷(shua)。該(gai)方法可(ke)用(yong)于打印(yin)所需的(de)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)網絡結(jie)構，以平滑混合電(dian)容(rong)器中電(dian)子和鋰離子的(de)路徑。如石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)中的(de)元素摻雜(za)法N-，Cr，B已報道(dao)摻雜(za)活(huo)性(xing)炭具有改(gai)(gai)善的(de)電(dian)化(hua)學性(xing)能(neng)。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)(dan)(dan)是偽電(dian)(dian)(dian)容(rong)元件。氮(dan)(dan)(dan)摻雜(za)被(bei)認(ren)為是將偽電(dian)(dian)(dian)容(rong)性(xing)質納入石墨烯和(he)(he)活性(xing)炭的(de)理想(xiang)方法，用于高性(xing)能超級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器的(de)應用。氮(dan)(dan)(dan)與碳(tan)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)(dian)(dian)負性(xing)差(cha)異較(jiao)大，即氮(dan)(dan)(dan)與碳(tan)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)(dian)(dian)負性(xing)差(cha)異較(jiao)大 3.04 ：2.55，這導(dao)致(zhi)N摻雜(za)石墨烯(NG)電(dian)(dian)(dian)影中碳(tan)網絡的(de)極化(hua)。這種(zhong)極化(hua)通過影響碳(tan)原子(zi)的(de)自旋密度和(he)(he)電(dian)(dian)(dian)荷分布而導(dao)致(zhi)活化(hua)區(qu)NG電(dian)(dian)(dian)化(hua)學反(fan)應發生在表面。氮(dan)(dan)(dan)摻雜(za)劑打開導(dao)帶與價帶之(zhi)間(jian)的(de)帶隙，使費米能級高于狄拉克點。這種(zhong)帶隙使NG成為電(dian)(dian)(dian)子(zi)和(he)(he)半導(dao)體應用的(de)合適候(hou)選人。簡(jian)而言之(zhi)，作(zuo)為極化(hua)的(de)結果(guo)，石墨烯的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)、磁性(xing)、光學、電(dian)(dian)(dian)化(hua)學性(xing)質發生了變化(hua)。

　　與電容器(qi)相比(bi)，活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭中(zhong)的(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)摻雜增加(jia)。由于(yu)含有官能(neng)團氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)法拉第反應孔(kong)的(de)改善，其(qi)潤濕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)不僅提(ti)高了(le)活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭的(de)導電性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，而且增加(jia)了(le)混(hun)(hun)合(he)氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)電容性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。氨*常用于(yu)活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭的(de)熱處理(li)，以混(hun)(hun)合(he)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣(NH 3)。石墨(mo)烯和活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭中(zhong)的(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)混(hun)(hun)合(he)進一步增強(qiang)了(le)使用NG或(huo)氮(dan)(dan)(dan)(dan)與活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭混(hun)(hun)合(he)(NAC)復合(he)材(cai)料組裝的(de)電極(ji)的(de)電化學活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。基(ji)于(yu)NG和NAC毫(hao)無疑問(wen)，電極(ji)的(de)混(hun)(hun)合(he)器(qi)具有電化學性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。

　　活(huo)(huo)性炭的(de)N摻雜可以進一步提高(gao)活(huo)(huo)性炭的(de)性能。首(shou)次(ci)使用氮摻活(huo)(huo)性炭(高(gao)達(da)29000m 2 g -1的(de)超(chao)高(gao)表面積，4重量%氮)作為(wei)(wei)LiHSC使用陰極(ji)材(cai)料(liao)Si / C陰極(ji)和陽極(ji)的(de)質量比為(wei)(wei)2 : 1 負極(ji)材(cai)料(liao)中的(de)有機(ji)電解(jie)質。采用氨(an)作為(wei)(wei)氮前體，預處理材(cai)料(liao)作為(wei)(wei)活(huo)(huo)性炭前體，并(bing)在不同(tong)溫度(du)下(xia)退火。他們在1747-30 127 W kg下(xia)實(shi)現了230-141 W h kg -能量密度(du)-1功(gong)率(lv)密度(du)。

　　總之，由于(yu)(yu)(yu)鋰電池的(de)(de)(de)(de)(de)電化學性能(neng)(neng)高(gao)(gao)(gao)，循環壽命長(chang)，Li-HSC它(ta)確實(shi)是(shi)一個有前途的(de)(de)(de)(de)(de)儲能(neng)(neng)系(xi)統(tong)(tong)。與包括LIB，SC，與所有其(qi)他儲能(neng)(neng)裝置(zhi)相(xiang)比，裝置(zhi)相(xiang)比，LIHSC它(ta)是(shi)**能(neng)(neng)提(ti)供(gong)高(gao)(gao)(gao)能(neng)(neng)量密(mi)度(du)和(he)高(gao)(gao)(gao)功率密(mi)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)儲能(neng)(neng)系(xi)統(tong)(tong)，因此具(ju)有滿足智能(neng)(neng)儲能(neng)(neng)系(xi)統(tong)(tong)需求的(de)(de)(de)(de)(de)潛(qian)力。石墨烯和(he)活性炭具(ju)有高(gao)(gao)(gao)熱(re)和(he)物理(li)穩定性、可調多孔結構和(he)高(gao)(gao)(gao)表面(mian)積LIHSC有很(hen)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)應用。氮摻(chan)雜具(ju)有重要意義(yi)，因為基于(yu)(yu)(yu)氮摻(chan)雜石墨烯和(he)活性炭電極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)能(neng)(neng)密(mi)度(du)。氮摻(chan)雜劑組(zu)數越(yue)多，電極(ji)能(neng)(neng)量密(mi)度(du)越(yue)高(gao)(gao)(gao)。這種高(gao)(gao)(gao)能(neng)(neng)量密(mi)度(du)是(shi)由于(yu)(yu)(yu)氮基團的(de)(de)(de)(de)(de)法拉第反應和(he)孔壁(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)改善。氮摻(chan)雜還增加了(le)(le)碳原(yuan)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)導電性，提(ti)高(gao)(gao)(gao)了(le)(le)電極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)容量。由于(yu)(yu)(yu)氮誘(you)導的(de)(de)(de)(de)(de)額外電荷(he)存儲機制，所有其(qi)他電極(ji)都具(ju)有更(geng)好的(de)(de)(de)(de)(de)性能(neng)(neng)。然而，混合百分比的(de)(de)(de)(de)(de)影響尚(shang)未得到解釋。