活性炭中的氮與超級電容器混合

　　鋰(li)離(li)子混合(he)超(chao)級(ji)(ji)電(dian)容(rong)器結合(he)鋰(li)離(li)子電(dian)池和超(chao)級(ji)(ji)電(dian)容(rong)器的(de)主要(yao)優點，已成為(wei)一(yi)種極具吸(xi)引力的(de)儲能系統。石墨烯和活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)作為(wei)鋰(li)離(li)子電(dian)池和超(chao)級(ji)(ji)電(dian)容(rong)器中(zhong)的(de)普通(tong)電(dian)極材料，提(ti)供高化學、熱和物理穩定性(xing)的(de)可(ke)調多(duo)孔結構，導(dao)致電(dian)導(dao)率優異，容(rong)量提(ti)高。將石墨烯和活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)元素氮混合(he)物視(shi)為(wei)進一(yi)步提(ti)高其性(xing)能。本文簡要(yao)總結了(le)混合(he)超(chao)級(ji)(ji)電(dian)容(rong)器的(de)*新技術，重點是使用石墨烯和活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)。還強調了(le)后續LiHSCs與石墨烯和活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)混合(he)的(de)氮。

　　由混合超級(ji)電容(rong)器(qi)組成

　　隨著技術設備(bei)數(shu)量的(de)(de)增加和(he)便(bian)攜式電(dian)子產品的(de)(de)發展，全球對智能(neng)高(gao)效(xiao)儲能(neng)系統(tong)的(de)(de)需求正(zheng)在迅速(su)增長。鋰離子電(dian)池(chi)(LIB)超級電(dian)容器確實是預計將應用(yong)于(yu)(yu)智能(neng)儲能(neng)領域的(de)(de)絕佳候選(xuan)人。以前使用(yong)的(de)(de)電(dian)池(chi)電(dian)極材料(liao)(liao)包括一些碳材料(liao)(liao)、金屬氧化(hua)(hua)物(wu)和(he)金屬氫氧化(hua)(hua)物(wu)。而在LIHSC由于(yu)(yu)其可(ke)管(guan)理的(de)(de)多孔結構和(he)高(gao)表面積，常用(yong)的(de)(de)電(dian)容器電(dian)極材料(liao)(liao)由活性炭(tan)組成(cheng)。碳納米管(guan)納米管(guan)和(he)石墨烯等其他材料(liao)(liao)。

　　石墨烯和(he)活性(xing)炭被(bei)廣泛研究為鋰離子混(hun)合超級(ji)電容器的(de)(de)電極材(cai)(cai)料，因為它們具有(you)(you)較高(gao)的(de)(de)表(biao)面積(ji)，易于鋰離子插(cha)層，具有(you)(you)優異(yi)的(de)(de)容量保持性(xing)、長壽命(ming)周期和(he)約束結構(gou)類型(xing)。基于石墨烯或活性(xing)炭及其(qi)復(fu)合材(cai)(cai)料的(de)(de)電極組裝的(de)(de)混(hun)合設備已(yi)報(bao)告(gao)高(gao)功率密度的(de)(de)高(gao)能量密度。據報(bao)道(dao)，長期穩定的(de)(de)循環壽命(ming)和(he)改進的(de)(de)容量保留。

　　采用形態控制(zhi)和元(yuan)素混(hun)合，以(yi)提高石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)和活性(xing)炭基電極的(de)性(xing)能。制(zhi)備了0-D石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)量子點，1-D石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)納(na)米帶(GNR)，2-D石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)片，3-D石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)和多孔石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)。引入石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)的(de)3D為了實現改(gai)進的(de)性(xing)能，交聯位點由石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)片制(zhi)成π-π堆疊(die)產生的(de)。可壓(ya)縮性(xing)90%，超輕(qing)重量和高導電性(xing)3D石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)氣凝(ning)膠印刷。該(gai)方法可用于打印所需(xu)的(de)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)網絡結構，以(yi)平滑混(hun)合電容器中電子和鋰(li)離子的(de)路徑(jing)。如石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)中的(de)元(yuan)素摻(chan)雜(za)法N-，Cr，B已報道摻(chan)雜(za)活性(xing)炭具有改(gai)善的(de)電化(hua)學性(xing)能。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)(dan)是偽電(dian)(dian)(dian)容(rong)元件。氮(dan)(dan)摻(chan)雜(za)被(bei)認為(wei)是將偽電(dian)(dian)(dian)容(rong)性質納入石墨烯和活性炭(tan)的理想方法，用于(yu)高(gao)性能超級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器的應(ying)用。氮(dan)(dan)與碳之(zhi)(zhi)(zhi)間(jian)的電(dian)(dian)(dian)負性差(cha)異(yi)較大，即氮(dan)(dan)與碳之(zhi)(zhi)(zhi)間(jian)的電(dian)(dian)(dian)負性差(cha)異(yi)較大 3.04 ：2.55，這(zhe)導致N摻(chan)雜(za)石墨烯(NG)電(dian)(dian)(dian)影中(zhong)碳網(wang)絡的極化(hua)(hua)。這(zhe)種極化(hua)(hua)通過影響碳原子的自旋密度和電(dian)(dian)(dian)荷分(fen)布而導致活化(hua)(hua)區NG電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)反應(ying)發生(sheng)在表面。氮(dan)(dan)摻(chan)雜(za)劑(ji)打開導帶(dai)與價帶(dai)之(zhi)(zhi)(zhi)間(jian)的帶(dai)隙，使(shi)費米能級高(gao)于(yu)狄拉克點(dian)。這(zhe)種帶(dai)隙使(shi)NG成為(wei)電(dian)(dian)(dian)子和半導體應(ying)用的合適候(hou)選人。簡而言之(zhi)(zhi)(zhi)，作為(wei)極化(hua)(hua)的結果，石墨烯的電(dian)(dian)(dian)子、磁性、光(guang)學(xue)、電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)性質發生(sheng)了變化(hua)(hua)。

　　與(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)相比，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)摻雜增加(jia)(jia)。由于(yu)含有(you)官能團氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)法拉第反應(ying)孔的(de)(de)(de)(de)(de)改善，其潤濕性(xing)(xing)不(bu)僅提高了活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)導電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)性(xing)(xing)，而且增加(jia)(jia)了混(hun)合(he)(he)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)性(xing)(xing)。氨(an)*常用(yong)于(yu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)熱處理，以混(hun)合(he)(he)氮(dan)氣(NH 3)。石墨烯和(he)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)混(hun)合(he)(he)進一(yi)步增強了使用(yong)NG或氮(dan)與(yu)(yu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)混(hun)合(he)(he)(NAC)復合(he)(he)材料組(zu)裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化學(xue)活(huo)性(xing)(xing)。基于(yu)NG和(he)NAC毫無疑問，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)混(hun)合(he)(he)器(qi)具有(you)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化學(xue)性(xing)(xing)能。

　　活性(xing)(xing)炭的N摻雜可(ke)以(yi)進一步提高活性(xing)(xing)炭的性(xing)(xing)能。首次使用(yong)氮(dan)摻活性(xing)(xing)炭(高達(da)29000m 2 g -1的超(chao)高表面積，4重量(liang)%氮(dan))作(zuo)為LiHSC使用(yong)陰極材(cai)料Si / C陰極和陽極的質量(liang)比為2 : 1 負極材(cai)料中的有機電解(jie)質。采用(yong)氨作(zuo)為氮(dan)前體，預處理材(cai)料作(zuo)為活性(xing)(xing)炭前體，并(bing)在不同溫(wen)度下退火。他們(men)在1747-30 127 W kg下實現了230-141 W h kg -能量(liang)密度-1功率密度。

　　總之，由于(yu)(yu)鋰電池的(de)(de)(de)電化學性(xing)能(neng)(neng)高(gao)(gao)(gao)(gao)，循(xun)環壽命長，Li-HSC它確實是(shi)一(yi)個有前(qian)途的(de)(de)(de)儲(chu)能(neng)(neng)系統。與(yu)包括LIB，SC，與(yu)所有其(qi)(qi)他儲(chu)能(neng)(neng)裝置相(xiang)比，裝置相(xiang)比，LIHSC它是(shi)**能(neng)(neng)提(ti)供(gong)高(gao)(gao)(gao)(gao)能(neng)(neng)量密度(du)(du)和(he)(he)高(gao)(gao)(gao)(gao)功率密度(du)(du)的(de)(de)(de)儲(chu)能(neng)(neng)系統，因此具(ju)有滿足智(zhi)能(neng)(neng)儲(chu)能(neng)(neng)系統需求的(de)(de)(de)潛力(li)。石(shi)墨烯(xi)和(he)(he)活(huo)性(xing)炭具(ju)有高(gao)(gao)(gao)(gao)熱(re)和(he)(he)物理穩定性(xing)、可(ke)調多孔結構和(he)(he)高(gao)(gao)(gao)(gao)表面積LIHSC有很大的(de)(de)(de)應用。氮(dan)摻雜(za)具(ju)有重要意義，因為基于(yu)(yu)氮(dan)摻雜(za)石(shi)墨烯(xi)和(he)(he)活(huo)性(xing)炭電極(ji)(ji)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)能(neng)(neng)密度(du)(du)。氮(dan)摻雜(za)劑組數越多，電極(ji)(ji)能(neng)(neng)量密度(du)(du)越高(gao)(gao)(gao)(gao)。這(zhe)種高(gao)(gao)(gao)(gao)能(neng)(neng)量密度(du)(du)是(shi)由于(yu)(yu)氮(dan)基團的(de)(de)(de)法拉第反應和(he)(he)孔壁的(de)(de)(de)改善(shan)。氮(dan)摻雜(za)還增加了碳原子的(de)(de)(de)導電性(xing)，提(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)了電極(ji)(ji)的(de)(de)(de)容量。由于(yu)(yu)氮(dan)誘導的(de)(de)(de)額外電荷存儲(chu)機制，所有其(qi)(qi)他電極(ji)(ji)都具(ju)有更好的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)。然而，混(hun)合(he)百(bai)分比的(de)(de)(de)影(ying)響尚(shang)未(wei)得到解釋。