活性炭中的氮與超級電容器混合

　　鋰離子(zi)混合(he)超級(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)結(jie)(jie)合(he)鋰離子(zi)電(dian)(dian)池和超級(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)主(zhu)要優點，已(yi)成為一種極(ji)具(ju)吸(xi)引力(li)的(de)(de)儲能系統。石(shi)(shi)(shi)墨烯和活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)作為鋰離子(zi)電(dian)(dian)池和超級(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)普通電(dian)(dian)極(ji)材(cai)料，提供高化學(xue)、熱和物(wu)理穩(wen)定性(xing)(xing)的(de)(de)可調(diao)多孔結(jie)(jie)構(gou)，導(dao)致(zhi)電(dian)(dian)導(dao)率優異，容(rong)(rong)量提高。將石(shi)(shi)(shi)墨烯和活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)中的(de)(de)元素氮混合(he)物(wu)視為進一步(bu)提高其(qi)性(xing)(xing)能。本文簡要總(zong)結(jie)(jie)了混合(he)超級(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)*新技術(shu)，重(zhong)點是使用石(shi)(shi)(shi)墨烯和活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)。還強調(diao)了后續LiHSCs與石(shi)(shi)(shi)墨烯和活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)混合(he)的(de)(de)氮。

　　由(you)混合超級電容(rong)器組成(cheng)

　　隨著技術(shu)設(she)備數量的(de)(de)增加和(he)便(bian)攜式電(dian)(dian)(dian)(dian)子產品的(de)(de)發展，全(quan)球對智能高(gao)效儲(chu)能系統(tong)的(de)(de)需(xu)求(qiu)正在迅速增長。鋰離(li)子電(dian)(dian)(dian)(dian)池(LIB)超級電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器確實(shi)是預計將應用于智能儲(chu)能領域的(de)(de)絕佳候選(xuan)人。以前使用的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)(dian)極材(cai)料(liao)包括(kuo)一些碳(tan)(tan)材(cai)料(liao)、金(jin)屬氧化物(wu)和(he)金(jin)屬氫氧化物(wu)。而在LIHSC由(you)于其(qi)可管理的(de)(de)多孔結構和(he)高(gao)表面積，常用的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器電(dian)(dian)(dian)(dian)極材(cai)料(liao)由(you)活性炭組成(cheng)。碳(tan)(tan)納米管納米管和(he)石墨烯(xi)等其(qi)他材(cai)料(liao)。

　　石(shi)(shi)墨烯和(he)(he)活性(xing)炭被廣泛研究為鋰離(li)子混合超級電容器的(de)(de)電極材(cai)料，因為它(ta)們具有(you)較高(gao)(gao)的(de)(de)表面(mian)積，易于鋰離(li)子插層，具有(you)優異的(de)(de)容量(liang)保(bao)持性(xing)、長(chang)壽命周期(qi)和(he)(he)約(yue)束結構類型。基(ji)于石(shi)(shi)墨烯或(huo)活性(xing)炭及其(qi)復合材(cai)料的(de)(de)電極組(zu)裝的(de)(de)混合設備已(yi)報(bao)告(gao)高(gao)(gao)功率密度的(de)(de)高(gao)(gao)能量(liang)密度。據(ju)報(bao)道(dao)，長(chang)期(qi)穩定(ding)的(de)(de)循環壽命和(he)(he)改進的(de)(de)容量(liang)保(bao)留。

　　采用(yong)形(xing)態控制和(he)(he)(he)元素(su)混合，以提高(gao)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)和(he)(he)(he)活性(xing)(xing)炭(tan)基電(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。制備了0-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)量子(zi)點，1-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)納米帶(GNR)，2-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)片，3-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)和(he)(he)(he)多(duo)孔石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)。引入石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)3D為了實現改(gai)進的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)，交(jiao)聯位點由石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)片制成(cheng)π-π堆(dui)疊產生(sheng)的(de)(de)(de)。可(ke)壓縮性(xing)(xing)90%，超輕重(zhong)量和(he)(he)(he)高(gao)導(dao)電(dian)(dian)性(xing)(xing)3D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)氣凝膠印刷。該方法(fa)可(ke)用(yong)于打印所需的(de)(de)(de)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)網絡(luo)結構，以平滑混合電(dian)(dian)容器中電(dian)(dian)子(zi)和(he)(he)(he)鋰(li)離子(zi)的(de)(de)(de)路徑。如石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)中的(de)(de)(de)元素(su)摻(chan)雜法(fa)N-，Cr，B已報(bao)道摻(chan)雜活性(xing)(xing)炭(tan)具有改(gai)善的(de)(de)(de)電(dian)(dian)化學性(xing)(xing)能(neng)(neng)。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)(dan)是(shi)偽電(dian)(dian)容元件(jian)。氮(dan)(dan)摻(chan)雜(za)被認為(wei)是(shi)將偽電(dian)(dian)容性(xing)質(zhi)(zhi)納入石墨(mo)(mo)烯和活性(xing)炭的(de)(de)(de)理(li)想方法(fa)，用于(yu)高(gao)性(xing)能超級電(dian)(dian)容器的(de)(de)(de)應用。氮(dan)(dan)與碳(tan)(tan)之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)負(fu)性(xing)差異較(jiao)大，即氮(dan)(dan)與碳(tan)(tan)之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)負(fu)性(xing)差異較(jiao)大 3.04 ：2.55，這導(dao)(dao)致N摻(chan)雜(za)石墨(mo)(mo)烯(NG)電(dian)(dian)影(ying)中碳(tan)(tan)網(wang)絡的(de)(de)(de)極化(hua)。這種極化(hua)通過影(ying)響碳(tan)(tan)原子(zi)的(de)(de)(de)自旋密度(du)和電(dian)(dian)荷分布而導(dao)(dao)致活化(hua)區NG電(dian)(dian)化(hua)學(xue)反應發生在(zai)表面。氮(dan)(dan)摻(chan)雜(za)劑(ji)打(da)開導(dao)(dao)帶與價帶之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)帶隙(xi)，使費米能級高(gao)于(yu)狄拉克(ke)點。這種帶隙(xi)使NG成為(wei)電(dian)(dian)子(zi)和半導(dao)(dao)體(ti)應用的(de)(de)(de)合適候選人。簡而言之，作為(wei)極化(hua)的(de)(de)(de)結(jie)果，石墨(mo)(mo)烯的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)、磁(ci)性(xing)、光學(xue)、電(dian)(dian)化(hua)學(xue)性(xing)質(zhi)(zhi)發生了變化(hua)。

　　與(yu)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器相比，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭中的(de)(de)(de)氮(dan)摻雜增(zeng)加(jia)(jia)。由于含有(you)(you)官能團氮(dan)的(de)(de)(de)法拉第反應孔的(de)(de)(de)改善，其潤濕(shi)性(xing)(xing)不僅提高了活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)導電(dian)(dian)性(xing)(xing)，而且增(zeng)加(jia)(jia)了混(hun)合(he)(he)(he)氮(dan)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)(rong)性(xing)(xing)。氨*常用(yong)于活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)熱(re)處理，以混(hun)合(he)(he)(he)氮(dan)氣(NH 3)。石墨烯和(he)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭中的(de)(de)(de)氮(dan)混(hun)合(he)(he)(he)進(jin)一步(bu)增(zeng)強了使用(yong)NG或(huo)氮(dan)與(yu)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭混(hun)合(he)(he)(he)(NAC)復合(he)(he)(he)材(cai)料組裝(zhuang)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)化學(xue)(xue)活(huo)(huo)性(xing)(xing)。基于NG和(he)NAC毫無疑問，電(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)(de)(de)混(hun)合(he)(he)(he)器具(ju)有(you)(you)電(dian)(dian)化學(xue)(xue)性(xing)(xing)能。

　　活性(xing)炭(tan)的N摻雜可以進一步提高(gao)活性(xing)炭(tan)的性(xing)能。首次使用氮(dan)摻活性(xing)炭(tan)(高(gao)達29000m 2 g -1的超高(gao)表面(mian)積，4重量(liang)%氮(dan))作為LiHSC使用陰極材(cai)料(liao)Si / C陰極和陽極的質(zhi)(zhi)量(liang)比為2 : 1 負極材(cai)料(liao)中的有機電(dian)解質(zhi)(zhi)。采用氨作為氮(dan)前體，預處理材(cai)料(liao)作為活性(xing)炭(tan)前體，并在不同溫度(du)下退火。他們在1747-30 127 W kg下實現了230-141 W h kg -能量(liang)密度(du)-1功率密度(du)。

　　總(zong)之(zhi)，由(you)于(yu)鋰電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)電(dian)(dian)化學性(xing)(xing)能(neng)高(gao)(gao)(gao)，循環壽命長，Li-HSC它(ta)確實是(shi)一(yi)個有(you)(you)前(qian)途的(de)(de)(de)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)系統(tong)。與包(bao)括LIB，SC，與所有(you)(you)其他儲(chu)(chu)(chu)能(neng)裝置相(xiang)比(bi)，裝置相(xiang)比(bi)，LIHSC它(ta)是(shi)**能(neng)提供高(gao)(gao)(gao)能(neng)量(liang)(liang)(liang)密(mi)度(du)(du)和(he)高(gao)(gao)(gao)功(gong)率密(mi)度(du)(du)的(de)(de)(de)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)系統(tong)，因此具有(you)(you)滿足智能(neng)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)系統(tong)需(xu)求的(de)(de)(de)潛力。石(shi)墨烯和(he)活性(xing)(xing)炭具有(you)(you)高(gao)(gao)(gao)熱和(he)物理(li)穩定性(xing)(xing)、可調多(duo)孔結構和(he)高(gao)(gao)(gao)表(biao)面積LIHSC有(you)(you)很大的(de)(de)(de)應用。氮(dan)摻(chan)雜(za)具有(you)(you)重要意義，因為基于(yu)氮(dan)摻(chan)雜(za)石(shi)墨烯和(he)活性(xing)(xing)炭電(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)能(neng)密(mi)度(du)(du)。氮(dan)摻(chan)雜(za)劑(ji)組數越(yue)(yue)多(duo)，電(dian)(dian)極(ji)能(neng)量(liang)(liang)(liang)密(mi)度(du)(du)越(yue)(yue)高(gao)(gao)(gao)。這(zhe)種高(gao)(gao)(gao)能(neng)量(liang)(liang)(liang)密(mi)度(du)(du)是(shi)由(you)于(yu)氮(dan)基團的(de)(de)(de)法拉第反(fan)應和(he)孔壁(bi)的(de)(de)(de)改(gai)善(shan)。氮(dan)摻(chan)雜(za)還增加了碳原子的(de)(de)(de)導電(dian)(dian)性(xing)(xing)，提高(gao)(gao)(gao)了電(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)容(rong)量(liang)(liang)(liang)。由(you)于(yu)氮(dan)誘導的(de)(de)(de)額(e)外電(dian)(dian)荷存(cun)儲(chu)(chu)(chu)機制，所有(you)(you)其他電(dian)(dian)極(ji)都具有(you)(you)更好的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)。然而，混(hun)合百分比(bi)的(de)(de)(de)影響尚(shang)未得到解釋。