活性炭中的氮與超級電(dian)容(rong)器混合

　　鋰離(li)子(zi)混合(he)(he)超級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)結(jie)合(he)(he)鋰離(li)子(zi)電(dian)池和(he)(he)(he)超級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)主要(yao)優點，已(yi)成為(wei)一種極(ji)具吸引力的(de)儲能(neng)系統。石(shi)墨烯(xi)和(he)(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)作為(wei)鋰離(li)子(zi)電(dian)池和(he)(he)(he)超級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)中的(de)普通電(dian)極(ji)材(cai)料，提(ti)供(gong)高(gao)化(hua)學、熱(re)和(he)(he)(he)物(wu)理穩定(ding)性(xing)(xing)的(de)可調多(duo)孔結(jie)構，導致電(dian)導率優異，容(rong)量提(ti)高(gao)。將石(shi)墨烯(xi)和(he)(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中的(de)元素氮混合(he)(he)物(wu)視為(wei)進一步提(ti)高(gao)其性(xing)(xing)能(neng)。本文簡(jian)要(yao)總結(jie)了混合(he)(he)超級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)*新(xin)技術，重點是使用石(shi)墨烯(xi)和(he)(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)。還強調了后續LiHSCs與(yu)石(shi)墨烯(xi)和(he)(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)混合(he)(he)的(de)氮。

　　由(you)混合超級電容器組成

　　隨著技術設備數量的(de)(de)增加(jia)和便攜式電(dian)子(zi)產品的(de)(de)發展(zhan)，全球對智(zhi)能高效儲能系統的(de)(de)需(xu)求正在(zai)迅(xun)速(su)增長。鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)(LIB)超級電(dian)容器(qi)(qi)確實是(shi)預計將(jiang)應用(yong)于智(zhi)能儲能領域的(de)(de)絕佳候選人。以前使用(yong)的(de)(de)電(dian)池(chi)電(dian)極材料包括一些(xie)碳材料、金(jin)屬(shu)氧化物(wu)和金(jin)屬(shu)氫氧化物(wu)。而在(zai)LIHSC由于其可管(guan)理的(de)(de)多孔結構(gou)和高表(biao)面積，常用(yong)的(de)(de)電(dian)容器(qi)(qi)電(dian)極材料由活(huo)性炭組成。碳納米(mi)管(guan)納米(mi)管(guan)和石墨烯等(deng)其他材料。

　　石墨烯和(he)活性(xing)炭被廣泛研究為鋰離(li)子混(hun)合(he)超級電(dian)容器的(de)(de)電(dian)極(ji)(ji)材(cai)料(liao)，因為它們具有(you)較高(gao)的(de)(de)表面積，易于(yu)鋰離(li)子插層，具有(you)優異的(de)(de)容量(liang)保持性(xing)、長壽(shou)命(ming)周期和(he)約束結構類型。基于(yu)石墨烯或(huo)活性(xing)炭及其復合(he)材(cai)料(liao)的(de)(de)電(dian)極(ji)(ji)組裝的(de)(de)混(hun)合(he)設備已報告高(gao)功率密度的(de)(de)高(gao)能量(liang)密度。據報道，長期穩定的(de)(de)循(xun)環壽(shou)命(ming)和(he)改進的(de)(de)容量(liang)保留。

　　采用形態控制(zhi)和(he)元素混(hun)合，以提高(gao)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)和(he)活性炭(tan)基電極(ji)的(de)(de)(de)性能(neng)。制(zhi)備了0-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)量子(zi)點，1-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)納米帶(GNR)，2-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)片(pian)，3-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)和(he)多孔石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)。引入石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)3D為了實(shi)現改進的(de)(de)(de)性能(neng)，交聯(lian)位(wei)點由石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)片(pian)制(zhi)成π-π堆疊產生的(de)(de)(de)。可(ke)壓縮性90%，超(chao)輕重量和(he)高(gao)導電性3D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)氣凝膠印刷。該方(fang)法(fa)可(ke)用于打印所需的(de)(de)(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)網絡(luo)結構，以平滑混(hun)合電容器中電子(zi)和(he)鋰離(li)子(zi)的(de)(de)(de)路徑。如石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)中的(de)(de)(de)元素摻雜法(fa)N-，Cr，B已報道(dao)摻雜活性炭(tan)具有改善的(de)(de)(de)電化學性能(neng)。

　　N摻雜活性炭

　　氮是(shi)偽(wei)電(dian)(dian)(dian)容元件。氮摻(chan)雜被認為是(shi)將偽(wei)電(dian)(dian)(dian)容性(xing)(xing)質納入石(shi)墨烯和(he)(he)活性(xing)(xing)炭的(de)理(li)想方法，用(yong)于(yu)高性(xing)(xing)能超(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)容器的(de)應(ying)(ying)用(yong)。氮與(yu)碳(tan)(tan)之(zhi)(zhi)間的(de)電(dian)(dian)(dian)負性(xing)(xing)差(cha)異較(jiao)大，即氮與(yu)碳(tan)(tan)之(zhi)(zhi)間的(de)電(dian)(dian)(dian)負性(xing)(xing)差(cha)異較(jiao)大 3.04 ：2.55，這導致(zhi)N摻(chan)雜石(shi)墨烯(NG)電(dian)(dian)(dian)影中碳(tan)(tan)網絡的(de)極化。這種極化通過影響碳(tan)(tan)原(yuan)子的(de)自旋密度和(he)(he)電(dian)(dian)(dian)荷分布而(er)導致(zhi)活化區NG電(dian)(dian)(dian)化學(xue)反應(ying)(ying)發(fa)生(sheng)在表面。氮摻(chan)雜劑打開導帶(dai)(dai)(dai)與(yu)價帶(dai)(dai)(dai)之(zhi)(zhi)間的(de)帶(dai)(dai)(dai)隙，使費(fei)米能級(ji)高于(yu)狄拉克點。這種帶(dai)(dai)(dai)隙使NG成為電(dian)(dian)(dian)子和(he)(he)半導體應(ying)(ying)用(yong)的(de)合適(shi)候選人。簡而(er)言(yan)之(zhi)(zhi)，作為極化的(de)結果，石(shi)墨烯的(de)電(dian)(dian)(dian)子、磁性(xing)(xing)、光學(xue)、電(dian)(dian)(dian)化學(xue)性(xing)(xing)質發(fa)生(sheng)了變化。

　　與電(dian)容(rong)器相比，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭中的(de)氮(dan)摻雜增(zeng)加。由于(yu)含有(you)官能(neng)團(tuan)氮(dan)的(de)法拉(la)第反應孔(kong)的(de)改善，其(qi)潤濕性(xing)不僅提高了(le)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭的(de)導電(dian)性(xing)，而且增(zeng)加了(le)混(hun)合(he)氮(dan)的(de)電(dian)容(rong)性(xing)。氨*常(chang)用于(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭的(de)熱處理，以混(hun)合(he)氮(dan)氣(qi)(NH 3)。石(shi)墨烯和活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭中的(de)氮(dan)混(hun)合(he)進一步增(zeng)強(qiang)了(le)使用NG或氮(dan)與活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭混(hun)合(he)(NAC)復(fu)合(he)材料組裝的(de)電(dian)極(ji)的(de)電(dian)化學活(huo)(huo)(huo)性(xing)。基于(yu)NG和NAC毫無疑問，電(dian)極(ji)的(de)混(hun)合(he)器具有(you)電(dian)化學性(xing)能(neng)。

　　活(huo)(huo)性炭的(de)N摻(chan)雜可以進一步(bu)提高(gao)活(huo)(huo)性炭的(de)性能(neng)。首次使用(yong)氮(dan)摻(chan)活(huo)(huo)性炭(高(gao)達29000m 2 g -1的(de)超高(gao)表面積，4重(zhong)量%氮(dan))作為LiHSC使用(yong)陰極材(cai)(cai)料Si / C陰極和陽極的(de)質量比(bi)為2 : 1 負極材(cai)(cai)料中的(de)有機(ji)電解質。采用(yong)氨作為氮(dan)前體，預處理(li)材(cai)(cai)料作為活(huo)(huo)性炭前體，并在(zai)不同溫度下退(tui)火(huo)。他們在(zai)1747-30 127 W kg下實現了(le)230-141 W h kg -能(neng)量密(mi)度-1功(gong)率密(mi)度。

　　總之，由于(yu)鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)化學性能(neng)高(gao)，循環壽命(ming)長(chang)，Li-HSC它確實(shi)是一個有(you)(you)(you)前途的(de)(de)(de)儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)。與包括LIB，SC，與所(suo)(suo)有(you)(you)(you)其(qi)他儲(chu)能(neng)裝置(zhi)相(xiang)比(bi)(bi)，裝置(zhi)相(xiang)比(bi)(bi)，LIHSC它是**能(neng)提供高(gao)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)和高(gao)功率(lv)密(mi)度(du)的(de)(de)(de)儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)，因此具(ju)(ju)(ju)有(you)(you)(you)滿足智能(neng)儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)需(xu)求(qiu)的(de)(de)(de)潛力。石墨烯和活性炭具(ju)(ju)(ju)有(you)(you)(you)高(gao)熱和物理穩定性、可(ke)調多孔(kong)結構(gou)和高(gao)表面積(ji)LIHSC有(you)(you)(you)很大(da)的(de)(de)(de)應(ying)用。氮(dan)摻雜(za)具(ju)(ju)(ju)有(you)(you)(you)重要意義，因為基于(yu)氮(dan)摻雜(za)石墨烯和活性炭電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)高(gao)能(neng)密(mi)度(du)。氮(dan)摻雜(za)劑(ji)組數(shu)越(yue)多，電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)越(yue)高(gao)。這種高(gao)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)是由于(yu)氮(dan)基團的(de)(de)(de)法拉第反應(ying)和孔(kong)壁的(de)(de)(de)改善。氮(dan)摻雜(za)還增(zeng)加了碳原子的(de)(de)(de)導(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)性，提高(gao)了電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)容(rong)量(liang)。由于(yu)氮(dan)誘導(dao)的(de)(de)(de)額(e)外(wai)電(dian)(dian)(dian)(dian)荷存儲(chu)機制，所(suo)(suo)有(you)(you)(you)其(qi)他電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)都具(ju)(ju)(ju)有(you)(you)(you)更好的(de)(de)(de)性能(neng)。然(ran)而，混合百(bai)分比(bi)(bi)的(de)(de)(de)影響(xiang)尚(shang)未得到解釋。