活性炭中的(de)氮(dan)與超級(ji)電容(rong)器混合

　　鋰(li)(li)離(li)子混合超級(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器結(jie)合鋰(li)(li)離(li)子電(dian)(dian)池和(he)超級(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器的(de)主要(yao)(yao)優(you)點，已成為(wei)(wei)一(yi)種極(ji)具吸引力(li)的(de)儲能(neng)系統。石墨烯(xi)和(he)活性炭(tan)作(zuo)為(wei)(wei)鋰(li)(li)離(li)子電(dian)(dian)池和(he)超級(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器中的(de)普通電(dian)(dian)極(ji)材料(liao)，提(ti)供(gong)高(gao)化學、熱和(he)物(wu)理穩定性的(de)可調多孔結(jie)構，導致電(dian)(dian)導率優(you)異(yi)，容(rong)(rong)量提(ti)高(gao)。將石墨烯(xi)和(he)活性炭(tan)中的(de)元素氮(dan)(dan)混合物(wu)視(shi)為(wei)(wei)進一(yi)步提(ti)高(gao)其性能(neng)。本文簡要(yao)(yao)總結(jie)了混合超級(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器的(de)*新(xin)技術，重點是使用石墨烯(xi)和(he)活性炭(tan)。還(huan)強(qiang)調了后續LiHSCs與石墨烯(xi)和(he)活性炭(tan)混合的(de)氮(dan)(dan)。

　　由混(hun)合(he)超級電容器組成

　　隨著(zhu)技術設備(bei)數量的(de)增加和便(bian)攜式電子(zi)產品的(de)發展，全球(qiu)對智能(neng)(neng)(neng)高效儲(chu)能(neng)(neng)(neng)系統的(de)需(xu)求正在迅速增長(chang)。鋰離子(zi)電池(LIB)超級電容器(qi)確實是(shi)預計將應用(yong)于(yu)智能(neng)(neng)(neng)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)領域的(de)絕(jue)佳候(hou)選人。以(yi)前使用(yong)的(de)電池電極材(cai)料(liao)包括一(yi)些碳材(cai)料(liao)、金屬氧化(hua)物(wu)和金屬氫(qing)氧化(hua)物(wu)。而(er)在LIHSC由于(yu)其可管理的(de)多孔結構和高表面積，常用(yong)的(de)電容器(qi)電極材(cai)料(liao)由活(huo)性炭組成。碳納米管納米管和石墨烯等其他材(cai)料(liao)。

　　石墨(mo)烯和活性炭被廣泛研(yan)究為鋰離子混合超級電容(rong)器的(de)電極材料，因(yin)為它們具(ju)有較高(gao)(gao)的(de)表面積，易于(yu)鋰離子插層，具(ju)有優異的(de)容(rong)量(liang)保持(chi)性、長壽命周期(qi)和約束結構類型。基于(yu)石墨(mo)烯或(huo)活性炭及(ji)其復合材料的(de)電極組裝的(de)混合設(she)備已報告高(gao)(gao)功率密(mi)(mi)度的(de)高(gao)(gao)能量(liang)密(mi)(mi)度。據報道，長期(qi)穩定的(de)循(xun)環壽命和改進的(de)容(rong)量(liang)保留。

　　采(cai)用(yong)形態控制和(he)元(yuan)素混合，以提高石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)和(he)活(huo)性(xing)炭基電(dian)極(ji)的(de)性(xing)能(neng)。制備了0-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)量子點，1-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)納米(mi)帶(dai)(GNR)，2-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)片(pian)，3-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)和(he)多孔石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)。引入石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)的(de)3D為了實現改進的(de)性(xing)能(neng)，交(jiao)聯位點由石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)片(pian)制成π-π堆(dui)疊產(chan)生(sheng)的(de)。可壓縮性(xing)90%，超輕(qing)重(zhong)量和(he)高導電(dian)性(xing)3D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)氣凝膠印(yin)刷。該方法(fa)可用(yong)于打印(yin)所需的(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)網絡(luo)結構，以平(ping)滑混合電(dian)容器(qi)中(zhong)電(dian)子和(he)鋰離子的(de)路徑。如石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)中(zhong)的(de)元(yuan)素摻雜法(fa)N-，Cr，B已報道摻雜活(huo)性(xing)炭具(ju)有改善的(de)電(dian)化學(xue)性(xing)能(neng)。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)是偽電(dian)(dian)容(rong)元件。氮(dan)摻(chan)雜(za)被認為(wei)是將偽電(dian)(dian)容(rong)性(xing)質納入石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)炭的(de)(de)理(li)想方(fang)法，用(yong)(yong)于高性(xing)能(neng)超級電(dian)(dian)容(rong)器的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)。氮(dan)與碳之間的(de)(de)電(dian)(dian)負(fu)性(xing)差異較大，即(ji)氮(dan)與碳之間的(de)(de)電(dian)(dian)負(fu)性(xing)差異較大 3.04 ：2.55，這(zhe)導(dao)致(zhi)N摻(chan)雜(za)石(shi)墨(mo)烯(xi)(NG)電(dian)(dian)影中碳網絡(luo)的(de)(de)極化(hua)(hua)。這(zhe)種極化(hua)(hua)通過影響碳原子的(de)(de)自旋密度和(he)電(dian)(dian)荷分布而導(dao)致(zhi)活(huo)化(hua)(hua)區NG電(dian)(dian)化(hua)(hua)學反應(ying)發生(sheng)在表面。氮(dan)摻(chan)雜(za)劑打開導(dao)帶(dai)與價帶(dai)之間的(de)(de)帶(dai)隙，使費米(mi)能(neng)級高于狄拉克(ke)點。這(zhe)種帶(dai)隙使NG成為(wei)電(dian)(dian)子和(he)半導(dao)體應(ying)用(yong)(yong)的(de)(de)合適候選人。簡而言(yan)之，作為(wei)極化(hua)(hua)的(de)(de)結(jie)果，石(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)(de)電(dian)(dian)子、磁性(xing)、光學、電(dian)(dian)化(hua)(hua)學性(xing)質發生(sheng)了(le)變化(hua)(hua)。

　　與電(dian)(dian)容器(qi)相比，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)氮(dan)(dan)摻雜增加。由于含有官能團氮(dan)(dan)的(de)法拉第反應孔(kong)的(de)改(gai)善(shan)，其潤濕性(xing)(xing)不僅提高(gao)了活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)導(dao)電(dian)(dian)性(xing)(xing)，而(er)且增加了混(hun)合(he)(he)氮(dan)(dan)的(de)電(dian)(dian)容性(xing)(xing)。氨(an)*常用(yong)于活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)熱處理，以混(hun)合(he)(he)氮(dan)(dan)氣(NH 3)。石墨烯和活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)氮(dan)(dan)混(hun)合(he)(he)進一步增強了使用(yong)NG或(huo)氮(dan)(dan)與活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)混(hun)合(he)(he)(NAC)復合(he)(he)材(cai)料組裝(zhuang)的(de)電(dian)(dian)極的(de)電(dian)(dian)化學(xue)活(huo)(huo)性(xing)(xing)。基(ji)于NG和NAC毫無(wu)疑問，電(dian)(dian)極的(de)混(hun)合(he)(he)器(qi)具有電(dian)(dian)化學(xue)性(xing)(xing)能。

　　活(huo)性(xing)(xing)炭的(de)N摻雜可以進一步提高活(huo)性(xing)(xing)炭的(de)性(xing)(xing)能。首次(ci)使用(yong)氮摻活(huo)性(xing)(xing)炭(高達(da)29000m 2 g -1的(de)超高表面積(ji)，4重量(liang)(liang)%氮)作為(wei)LiHSC使用(yong)陰(yin)極(ji)(ji)材(cai)料Si / C陰(yin)極(ji)(ji)和(he)陽(yang)極(ji)(ji)的(de)質量(liang)(liang)比為(wei)2 : 1 負極(ji)(ji)材(cai)料中(zhong)的(de)有(you)機電解(jie)質。采用(yong)氨作為(wei)氮前體(ti)，預處(chu)理材(cai)料作為(wei)活(huo)性(xing)(xing)炭前體(ti)，并在(zai)(zai)不同(tong)溫(wen)度(du)下退火。他們在(zai)(zai)1747-30 127 W kg下實現了230-141 W h kg -能量(liang)(liang)密度(du)-1功率密度(du)。

　　總之(zhi)，由于(yu)鋰電池的(de)(de)(de)電化學性能高(gao)(gao)，循環壽命長(chang)，Li-HSC它確實是一個有(you)(you)(you)前途的(de)(de)(de)儲(chu)能系(xi)統。與包括LIB，SC，與所有(you)(you)(you)其他儲(chu)能裝置(zhi)相(xiang)(xiang)比，裝置(zhi)相(xiang)(xiang)比，LIHSC它是**能提供(gong)高(gao)(gao)能量密(mi)(mi)度(du)和(he)(he)高(gao)(gao)功率密(mi)(mi)度(du)的(de)(de)(de)儲(chu)能系(xi)統，因此具(ju)(ju)有(you)(you)(you)滿足智能儲(chu)能系(xi)統需求的(de)(de)(de)潛力。石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)和(he)(he)活(huo)性炭(tan)具(ju)(ju)有(you)(you)(you)高(gao)(gao)熱(re)和(he)(he)物理穩定(ding)性、可調多孔(kong)結構和(he)(he)高(gao)(gao)表面(mian)積LIHSC有(you)(you)(you)很大的(de)(de)(de)應用。氮(dan)(dan)(dan)摻雜(za)具(ju)(ju)有(you)(you)(you)重要(yao)意義，因為基于(yu)氮(dan)(dan)(dan)摻雜(za)石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)和(he)(he)活(huo)性炭(tan)電極(ji)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)能密(mi)(mi)度(du)。氮(dan)(dan)(dan)摻雜(za)劑組數越(yue)多，電極(ji)能量密(mi)(mi)度(du)越(yue)高(gao)(gao)。這種高(gao)(gao)能量密(mi)(mi)度(du)是由于(yu)氮(dan)(dan)(dan)基團的(de)(de)(de)法拉第反應和(he)(he)孔(kong)壁的(de)(de)(de)改善。氮(dan)(dan)(dan)摻雜(za)還增(zeng)加(jia)了碳原(yuan)子的(de)(de)(de)導電性，提高(gao)(gao)了電極(ji)的(de)(de)(de)容量。由于(yu)氮(dan)(dan)(dan)誘導的(de)(de)(de)額外(wai)電荷存儲(chu)機(ji)制，所有(you)(you)(you)其他電極(ji)都具(ju)(ju)有(you)(you)(you)更(geng)好的(de)(de)(de)性能。然而，混合百分比的(de)(de)(de)影響尚未得到解(jie)釋(shi)。