活性炭中的氮(dan)與超級電容器混合(he)

　　鋰離子(zi)混合(he)超(chao)(chao)級電容(rong)(rong)器結(jie)合(he)鋰離子(zi)電池和(he)(he)超(chao)(chao)級電容(rong)(rong)器的(de)主要優點(dian)，已(yi)成為一種極具吸(xi)引(yin)力(li)的(de)儲能系(xi)統。石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)(he)活性(xing)炭(tan)作為鋰離子(zi)電池和(he)(he)超(chao)(chao)級電容(rong)(rong)器中的(de)普通電極材料(liao)，提(ti)供高(gao)化(hua)學、熱(re)和(he)(he)物(wu)(wu)理穩(wen)定性(xing)的(de)可調多孔結(jie)構，導致電導率優異，容(rong)(rong)量提(ti)高(gao)。將石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)(he)活性(xing)炭(tan)中的(de)元素氮(dan)混合(he)物(wu)(wu)視為進一步(bu)提(ti)高(gao)其(qi)性(xing)能。本(ben)文簡要總結(jie)了(le)混合(he)超(chao)(chao)級電容(rong)(rong)器的(de)*新(xin)技術，重(zhong)點(dian)是使用石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)(he)活性(xing)炭(tan)。還強調了(le)后(hou)續LiHSCs與石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)(he)活性(xing)炭(tan)混合(he)的(de)氮(dan)。

　　由(you)混合超(chao)級(ji)電容(rong)器組成

　　隨著技術設(she)備數(shu)量的增加和(he)便攜式電(dian)子(zi)(zi)產品的發展(zhan)，全(quan)球對智(zhi)能高效儲能系統(tong)的需求正在迅速增長。鋰(li)離子(zi)(zi)電(dian)池(chi)(LIB)超級電(dian)容器確實是預計將應(ying)用于智(zhi)能儲能領域的絕(jue)佳候選人(ren)。以(yi)前(qian)使用的電(dian)池(chi)電(dian)極材料(liao)包括一些碳材料(liao)、金(jin)屬(shu)氧化物和(he)金(jin)屬(shu)氫氧化物。而在LIHSC由(you)于其可管(guan)理的多孔結構和(he)高表面積，常用的電(dian)容器電(dian)極材料(liao)由(you)活(huo)性(xing)炭組成。碳納米管(guan)納米管(guan)和(he)石墨烯等其他材料(liao)。

　　石墨烯(xi)和活性(xing)炭(tan)被廣泛研(yan)究為鋰離(li)子(zi)混(hun)合超級電容(rong)器的(de)(de)電極(ji)材(cai)料，因為它(ta)們具有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)表面積，易(yi)于(yu)鋰離(li)子(zi)插層，具有優異的(de)(de)容(rong)量保(bao)持(chi)性(xing)、長(chang)(chang)壽命周期和約束結構類型。基于(yu)石墨烯(xi)或活性(xing)炭(tan)及其復合材(cai)料的(de)(de)電極(ji)組裝的(de)(de)混(hun)合設備(bei)已報(bao)告高(gao)(gao)功率密度的(de)(de)高(gao)(gao)能量密度。據報(bao)道，長(chang)(chang)期穩定的(de)(de)循環(huan)壽命和改進的(de)(de)容(rong)量保(bao)留。

　　采用(yong)形態控制(zhi)和元(yuan)素混合，以提(ti)高石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)和活(huo)性(xing)(xing)炭基電極的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能。制(zhi)備了0-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)量子點(dian)，1-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)納米帶(GNR)，2-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)片(pian)，3-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)和多孔石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)。引入石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)3D為了實(shi)現改進(jin)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能，交聯(lian)位(wei)點(dian)由石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)片(pian)制(zhi)成π-π堆疊產生的(de)(de)(de)。可壓縮性(xing)(xing)90%，超(chao)輕重量和高導電性(xing)(xing)3D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)氣凝膠印刷。該(gai)方法可用(yong)于(yu)打(da)印所需的(de)(de)(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)網絡(luo)結(jie)構，以平(ping)滑混合電容器(qi)中電子和鋰(li)離子的(de)(de)(de)路徑。如(ru)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)中的(de)(de)(de)元(yuan)素摻雜法N-，Cr，B已報道摻雜活(huo)性(xing)(xing)炭具有改善的(de)(de)(de)電化學性(xing)(xing)能。

　　N摻雜活性炭

　　氮是偽電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)元件。氮摻雜被認為(wei)是將偽電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)性質(zhi)納入石墨烯和(he)活(huo)性炭的(de)(de)理想方法，用(yong)于(yu)高性能(neng)超級電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)的(de)(de)應(ying)用(yong)。氮與碳(tan)之(zhi)間的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)負性差(cha)異較(jiao)大，即氮與碳(tan)之(zhi)間的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)負性差(cha)異較(jiao)大 3.04 ：2.55，這導(dao)(dao)致N摻雜石墨烯(NG)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)影中(zhong)碳(tan)網(wang)絡的(de)(de)極(ji)化(hua)(hua)(hua)。這種極(ji)化(hua)(hua)(hua)通過影響(xiang)碳(tan)原(yuan)子的(de)(de)自旋密(mi)度和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷分布而導(dao)(dao)致活(huo)化(hua)(hua)(hua)區NG電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學反(fan)應(ying)發生(sheng)在表面。氮摻雜劑(ji)打(da)開導(dao)(dao)帶(dai)與價帶(dai)之(zhi)間的(de)(de)帶(dai)隙，使費米能(neng)級高于(yu)狄拉(la)克點。這種帶(dai)隙使NG成(cheng)為(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子和(he)半導(dao)(dao)體應(ying)用(yong)的(de)(de)合適(shi)候(hou)選人。簡而言之(zhi)，作為(wei)極(ji)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)結果，石墨烯的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子、磁性、光學、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學性質(zhi)發生(sheng)了變化(hua)(hua)(hua)。

　　與電(dian)容器相比，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)中的(de)氮摻(chan)雜增加。由于(yu)含有官能團氮的(de)法拉(la)第反應孔的(de)改善，其潤(run)濕性(xing)(xing)(xing)不(bu)僅提高了活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)導電(dian)性(xing)(xing)(xing)，而且(qie)增加了混(hun)(hun)合(he)(he)(he)氮的(de)電(dian)容性(xing)(xing)(xing)。氨*常用(yong)于(yu)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)熱處(chu)理，以混(hun)(hun)合(he)(he)(he)氮氣(qi)(NH 3)。石墨烯和活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)中的(de)氮混(hun)(hun)合(he)(he)(he)進(jin)一步(bu)增強了使用(yong)NG或氮與活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)混(hun)(hun)合(he)(he)(he)(NAC)復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料組(zu)裝(zhuang)的(de)電(dian)極的(de)電(dian)化(hua)(hua)學(xue)活(huo)性(xing)(xing)(xing)。基于(yu)NG和NAC毫無疑(yi)問，電(dian)極的(de)混(hun)(hun)合(he)(he)(he)器具有電(dian)化(hua)(hua)學(xue)性(xing)(xing)(xing)能。

　　活性炭(tan)的(de)N摻(chan)雜可以(yi)進一步提高(gao)活性炭(tan)的(de)性能。首次使(shi)用(yong)氮摻(chan)活性炭(tan)(高(gao)達29000m 2 g -1的(de)超高(gao)表面積，4重量%氮)作為(wei)LiHSC使(shi)用(yong)陰極(ji)(ji)材(cai)(cai)料Si / C陰極(ji)(ji)和陽極(ji)(ji)的(de)質量比(bi)為(wei)2 : 1 負極(ji)(ji)材(cai)(cai)料中的(de)有(you)機電解質。采用(yong)氨(an)作為(wei)氮前體(ti)，預處(chu)理材(cai)(cai)料作為(wei)活性炭(tan)前體(ti)，并在不同溫度(du)下(xia)(xia)退火。他(ta)們在1747-30 127 W kg下(xia)(xia)實(shi)現(xian)了230-141 W h kg -能量密(mi)度(du)-1功率密(mi)度(du)。

　　總之，由(you)于鋰電(dian)(dian)(dian)池的(de)電(dian)(dian)(dian)化學(xue)性能高(gao)(gao)，循環壽命長，Li-HSC它確實(shi)是一個(ge)有(you)前途(tu)的(de)儲能系(xi)統(tong)(tong)。與包括(kuo)LIB，SC，與所(suo)有(you)其他儲能裝置(zhi)相比(bi)，裝置(zhi)相比(bi)，LIHSC它是**能提(ti)供高(gao)(gao)能量(liang)密(mi)度(du)(du)和高(gao)(gao)功率密(mi)度(du)(du)的(de)儲能系(xi)統(tong)(tong)，因(yin)此具(ju)有(you)滿足智能儲能系(xi)統(tong)(tong)需求的(de)潛力。石(shi)墨烯(xi)和活(huo)性炭具(ju)有(you)高(gao)(gao)熱和物(wu)理(li)穩(wen)定性、可調(diao)多孔(kong)結構和高(gao)(gao)表面積LIHSC有(you)很大的(de)應用。氮摻(chan)(chan)雜具(ju)有(you)重要意義，因(yin)為基于氮摻(chan)(chan)雜石(shi)墨烯(xi)和活(huo)性炭電(dian)(dian)(dian)極的(de)高(gao)(gao)能密(mi)度(du)(du)。氮摻(chan)(chan)雜劑組數越(yue)(yue)多，電(dian)(dian)(dian)極能量(liang)密(mi)度(du)(du)越(yue)(yue)高(gao)(gao)。這(zhe)種(zhong)高(gao)(gao)能量(liang)密(mi)度(du)(du)是由(you)于氮基團的(de)法拉(la)第反應和孔(kong)壁的(de)改善。氮摻(chan)(chan)雜還增加(jia)了碳(tan)原子的(de)導(dao)電(dian)(dian)(dian)性，提(ti)高(gao)(gao)了電(dian)(dian)(dian)極的(de)容量(liang)。由(you)于氮誘導(dao)的(de)額(e)外電(dian)(dian)(dian)荷存(cun)儲機制，所(suo)有(you)其他電(dian)(dian)(dian)極都具(ju)有(you)更好(hao)的(de)性能。然而，混合百(bai)分比(bi)的(de)影響尚未得到(dao)解釋。