活性炭中的氮與超級電容器混合

　　鋰離子混合超(chao)(chao)級電容(rong)器(qi)結合鋰離子電池和超(chao)(chao)級電容(rong)器(qi)的(de)主要(yao)優(you)點，已(yi)成為一(yi)種極具吸引力的(de)儲能系統。石(shi)墨烯(xi)和活性(xing)炭(tan)作(zuo)為鋰離子電池和超(chao)(chao)級電容(rong)器(qi)中的(de)普通電極材料，提(ti)(ti)供高化(hua)學、熱和物理(li)穩定(ding)性(xing)的(de)可調多孔結構，導致電導率優(you)異(yi)，容(rong)量提(ti)(ti)高。將(jiang)石(shi)墨烯(xi)和活性(xing)炭(tan)中的(de)元素氮(dan)混合物視(shi)為進一(yi)步(bu)提(ti)(ti)高其性(xing)能。本(ben)文簡要(yao)總結了混合超(chao)(chao)級電容(rong)器(qi)的(de)*新(xin)技術，重點是使用石(shi)墨烯(xi)和活性(xing)炭(tan)。還強調了后(hou)續LiHSCs與石(shi)墨烯(xi)和活性(xing)炭(tan)混合的(de)氮(dan)。

　　由(you)混(hun)合超級電容器組成

　　隨(sui)著(zhu)技術(shu)設備數(shu)量的(de)增加(jia)和便攜式電子產品的(de)發展，全球對智能高效(xiao)儲能系統的(de)需求(qiu)正在迅速增長。鋰離子電池(LIB)超(chao)級電容器確實是預計(ji)將應用(yong)于智能儲能領域(yu)的(de)絕(jue)佳(jia)候選人。以前使(shi)用(yong)的(de)電池電極材(cai)料(liao)(liao)包括一(yi)些碳材(cai)料(liao)(liao)、金屬(shu)氧(yang)化物和金屬(shu)氫氧(yang)化物。而在LIHSC由于其可管(guan)理的(de)多(duo)孔(kong)結構(gou)和高表(biao)面積，常用(yong)的(de)電容器電極材(cai)料(liao)(liao)由活性炭組成。碳納米管(guan)納米管(guan)和石墨(mo)烯等(deng)其他材(cai)料(liao)(liao)。

　　石墨(mo)(mo)烯(xi)和活性(xing)炭(tan)(tan)被廣(guang)泛研究為鋰(li)離子(zi)混合超級電容(rong)器的(de)電極材料，因為它們具有(you)較高的(de)表(biao)面積，易于鋰(li)離子(zi)插層，具有(you)優(you)異的(de)容(rong)量保(bao)持性(xing)、長壽(shou)(shou)命周期(qi)和約(yue)束結構類型。基(ji)于石墨(mo)(mo)烯(xi)或活性(xing)炭(tan)(tan)及其復(fu)合材料的(de)電極組裝的(de)混合設備已(yi)報告高功率密度的(de)高能量密度。據報道，長期(qi)穩定的(de)循(xun)環壽(shou)(shou)命和改進的(de)容(rong)量保(bao)留。

　　采(cai)用(yong)形態(tai)控制(zhi)和元(yuan)素混合，以(yi)提高(gao)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)和活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭基電(dian)極(ji)的性(xing)(xing)(xing)能。制(zhi)備了0-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)量子點(dian)，1-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)納米帶(GNR)，2-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)片，3-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)和多(duo)孔石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)。引入石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)的3D為了實現(xian)改(gai)進(jin)的性(xing)(xing)(xing)能，交聯位點(dian)由(you)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)片制(zhi)成π-π堆(dui)疊(die)產生的。可(ke)壓縮(suo)性(xing)(xing)(xing)90%，超(chao)輕重量和高(gao)導電(dian)性(xing)(xing)(xing)3D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)氣(qi)凝膠(jiao)印刷。該方法(fa)可(ke)用(yong)于打印所需的石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)網絡(luo)結(jie)構，以(yi)平滑混合電(dian)容器中電(dian)子和鋰離子的路(lu)徑。如石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)中的元(yuan)素摻(chan)雜法(fa)N-，Cr，B已報道(dao)摻(chan)雜活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭具有改(gai)善的電(dian)化學(xue)性(xing)(xing)(xing)能。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)是偽電(dian)(dian)容(rong)元件。氮(dan)摻(chan)雜被(bei)認(ren)為是將偽電(dian)(dian)容(rong)性(xing)(xing)(xing)質納(na)入石墨(mo)烯和(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的理想(xiang)方(fang)法，用于(yu)高性(xing)(xing)(xing)能(neng)超級電(dian)(dian)容(rong)器的應用。氮(dan)與(yu)(yu)碳(tan)(tan)之間的電(dian)(dian)負性(xing)(xing)(xing)差(cha)異(yi)較大，即(ji)氮(dan)與(yu)(yu)碳(tan)(tan)之間的電(dian)(dian)負性(xing)(xing)(xing)差(cha)異(yi)較大 3.04 ：2.55，這導(dao)(dao)致N摻(chan)雜石墨(mo)烯(NG)電(dian)(dian)影中碳(tan)(tan)網絡的極(ji)化(hua)(hua)。這種極(ji)化(hua)(hua)通過影響碳(tan)(tan)原子(zi)的自旋密度和(he)電(dian)(dian)荷分(fen)布而導(dao)(dao)致活(huo)化(hua)(hua)區NG電(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)反應發生在表面。氮(dan)摻(chan)雜劑(ji)打開導(dao)(dao)帶與(yu)(yu)價帶之間的帶隙，使(shi)費米能(neng)級高于(yu)狄拉克點。這種帶隙使(shi)NG成為電(dian)(dian)子(zi)和(he)半導(dao)(dao)體(ti)應用的合適候選人。簡而言(yan)之，作為極(ji)化(hua)(hua)的結果，石墨(mo)烯的電(dian)(dian)子(zi)、磁性(xing)(xing)(xing)、光學(xue)、電(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)性(xing)(xing)(xing)質發生了變化(hua)(hua)。

　　與電(dian)(dian)容(rong)器(qi)相(xiang)比，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中的(de)(de)氮(dan)(dan)摻雜(za)增(zeng)加。由(you)于含有官(guan)能團氮(dan)(dan)的(de)(de)法拉第(di)反(fan)應孔的(de)(de)改(gai)善，其潤(run)濕性(xing)(xing)(xing)不僅提高(gao)了(le)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)導(dao)電(dian)(dian)性(xing)(xing)(xing)，而(er)且增(zeng)加了(le)混合(he)(he)氮(dan)(dan)的(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)性(xing)(xing)(xing)。氨*常用于活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)熱處(chu)理(li)，以混合(he)(he)氮(dan)(dan)氣(NH 3)。石墨(mo)烯和活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中的(de)(de)氮(dan)(dan)混合(he)(he)進一步增(zeng)強了(le)使用NG或氮(dan)(dan)與活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)混合(he)(he)(NAC)復合(he)(he)材料(liao)組裝的(de)(de)電(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)化學(xue)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)。基于NG和NAC毫無(wu)疑問，電(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)混合(he)(he)器(qi)具(ju)有電(dian)(dian)化學(xue)性(xing)(xing)(xing)能。

　　活性(xing)炭(tan)的(de)(de)N摻(chan)雜可(ke)以(yi)進一步提高活性(xing)炭(tan)的(de)(de)性(xing)能。首次(ci)使(shi)用(yong)氮摻(chan)活性(xing)炭(tan)(高達29000m 2 g -1的(de)(de)超高表面積，4重量%氮)作(zuo)為LiHSC使(shi)用(yong)陰極(ji)(ji)材(cai)料(liao)Si / C陰極(ji)(ji)和陽(yang)極(ji)(ji)的(de)(de)質量比為2 : 1 負極(ji)(ji)材(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)有機電解質。采用(yong)氨作(zuo)為氮前體，預處理材(cai)料(liao)作(zuo)為活性(xing)炭(tan)前體，并在不同溫度下退(tui)火。他(ta)們在1747-30 127 W kg下實現了230-141 W h kg -能量密度-1功率(lv)密度。

　　總之(zhi)，由于(yu)鋰電(dian)(dian)(dian)池的(de)電(dian)(dian)(dian)化學(xue)性能(neng)高，循環壽命(ming)長(chang)，Li-HSC它確實是一個有(you)(you)前途(tu)的(de)儲(chu)能(neng)系(xi)(xi)統。與包括LIB，SC，與所(suo)有(you)(you)其他儲(chu)能(neng)裝(zhuang)置(zhi)相比(bi)，裝(zhuang)置(zhi)相比(bi)，LIHSC它是**能(neng)提供高能(neng)量密(mi)度(du)和(he)高功(gong)率密(mi)度(du)的(de)儲(chu)能(neng)系(xi)(xi)統，因(yin)此具有(you)(you)滿足智(zhi)能(neng)儲(chu)能(neng)系(xi)(xi)統需求的(de)潛力。石墨烯(xi)(xi)和(he)活性炭(tan)具有(you)(you)高熱和(he)物理穩定性、可調(diao)多(duo)孔結構和(he)高表面積LIHSC有(you)(you)很大的(de)應用。氮摻雜(za)具有(you)(you)重要(yao)意義，因(yin)為基(ji)于(yu)氮摻雜(za)石墨烯(xi)(xi)和(he)活性炭(tan)電(dian)(dian)(dian)極的(de)高能(neng)密(mi)度(du)。氮摻雜(za)劑組數越(yue)(yue)多(duo)，電(dian)(dian)(dian)極能(neng)量密(mi)度(du)越(yue)(yue)高。這種高能(neng)量密(mi)度(du)是由于(yu)氮基(ji)團的(de)法拉第反應和(he)孔壁的(de)改善(shan)。氮摻雜(za)還增加了碳原子的(de)導電(dian)(dian)(dian)性，提高了電(dian)(dian)(dian)極的(de)容量。由于(yu)氮誘導的(de)額(e)外電(dian)(dian)(dian)荷存儲(chu)機制，所(suo)有(you)(you)其他電(dian)(dian)(dian)極都具有(you)(you)更好(hao)的(de)性能(neng)。然(ran)而，混合百分比(bi)的(de)影(ying)響尚未得到解釋(shi)。