活性炭中的(de)氮與超級電容器混合

　　鋰(li)(li)離(li)子混合超級(ji)電(dian)容(rong)器結合鋰(li)(li)離(li)子電(dian)池(chi)和(he)(he)超級(ji)電(dian)容(rong)器的(de)主(zhu)要優點，已成為(wei)一種極(ji)具吸引(yin)力(li)的(de)儲能系統。石墨(mo)(mo)烯(xi)和(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)炭作為(wei)鋰(li)(li)離(li)子電(dian)池(chi)和(he)(he)超級(ji)電(dian)容(rong)器中的(de)普通電(dian)極(ji)材料，提(ti)(ti)供高(gao)化學、熱和(he)(he)物理(li)穩定性(xing)(xing)的(de)可調(diao)(diao)多孔結構，導致(zhi)電(dian)導率優異，容(rong)量提(ti)(ti)高(gao)。將石墨(mo)(mo)烯(xi)和(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)炭中的(de)元素氮(dan)混合物視為(wei)進一步提(ti)(ti)高(gao)其性(xing)(xing)能。本文簡要總結了混合超級(ji)電(dian)容(rong)器的(de)*新技術，重點是使用(yong)石墨(mo)(mo)烯(xi)和(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)炭。還強調(diao)(diao)了后續(xu)LiHSCs與石墨(mo)(mo)烯(xi)和(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)炭混合的(de)氮(dan)。

　　由(you)混合超級電容器組成

　　隨著(zhu)技術設(she)備數量的(de)(de)增(zeng)加和(he)(he)便攜式電(dian)(dian)子產(chan)品的(de)(de)發(fa)展，全球對智(zhi)能(neng)(neng)高效(xiao)儲能(neng)(neng)系統的(de)(de)需求正在迅速增(zeng)長。鋰離子電(dian)(dian)池(chi)(LIB)超級電(dian)(dian)容(rong)器確實(shi)是預計將應用于(yu)智(zhi)能(neng)(neng)儲能(neng)(neng)領域的(de)(de)絕佳候選人。以前使用的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)極材(cai)(cai)料包括一些碳(tan)材(cai)(cai)料、金屬(shu)氧化(hua)物和(he)(he)金屬(shu)氫(qing)氧化(hua)物。而在LIHSC由于(yu)其(qi)可管(guan)理的(de)(de)多孔結(jie)構和(he)(he)高表(biao)面積(ji)，常用的(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)器電(dian)(dian)極材(cai)(cai)料由活性(xing)炭組成。碳(tan)納米管(guan)納米管(guan)和(he)(he)石墨(mo)烯(xi)等其(qi)他材(cai)(cai)料。

　　石(shi)墨(mo)烯和(he)活(huo)性炭被(bei)廣泛研(yan)究為鋰離子混(hun)(hun)合(he)超級電(dian)容器的(de)(de)電(dian)極(ji)(ji)材料(liao)，因為它們具(ju)有較高的(de)(de)表面積，易于鋰離子插層，具(ju)有優異的(de)(de)容量(liang)(liang)保(bao)持性、長壽命(ming)周期和(he)約束結構類型。基于石(shi)墨(mo)烯或活(huo)性炭及其復(fu)合(he)材料(liao)的(de)(de)電(dian)極(ji)(ji)組裝的(de)(de)混(hun)(hun)合(he)設備已報(bao)(bao)告高功率密度的(de)(de)高能量(liang)(liang)密度。據(ju)報(bao)(bao)道，長期穩(wen)定的(de)(de)循(xun)環壽命(ming)和(he)改進的(de)(de)容量(liang)(liang)保(bao)留(liu)。

　　采用形態控制(zhi)和(he)元素混(hun)合，以提高(gao)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)和(he)活(huo)性(xing)炭基電極的(de)性(xing)能。制(zhi)備了(le)0-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)量子(zi)點(dian)，1-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)納米(mi)帶(dai)(GNR)，2-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)片，3-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)和(he)多(duo)孔石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)。引入石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)的(de)3D為(wei)了(le)實(shi)現改進的(de)性(xing)能，交(jiao)聯(lian)位(wei)點(dian)由(you)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)片制(zhi)成(cheng)π-π堆(dui)疊(die)產生的(de)。可壓縮性(xing)90%，超(chao)輕(qing)重量和(he)高(gao)導電性(xing)3D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)氣凝膠印刷。該方(fang)法(fa)可用于打印所需的(de)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)網絡結構，以平滑混(hun)合電容器中電子(zi)和(he)鋰離子(zi)的(de)路徑。如石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)中的(de)元素摻(chan)雜法(fa)N-，Cr，B已報道(dao)摻(chan)雜活(huo)性(xing)炭具(ju)有改善的(de)電化(hua)學性(xing)能。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)是(shi)(shi)偽電(dian)容元(yuan)件(jian)。氮(dan)摻(chan)雜被認(ren)為(wei)是(shi)(shi)將偽電(dian)容性(xing)質納入石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)理想方法，用于高(gao)性(xing)能超(chao)級(ji)電(dian)容器的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用。氮(dan)與碳(tan)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)電(dian)負性(xing)差(cha)異較大(da)，即氮(dan)與碳(tan)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)電(dian)負性(xing)差(cha)異較大(da) 3.04 ：2.55，這(zhe)導(dao)致N摻(chan)雜石(shi)墨(mo)烯(xi)(NG)電(dian)影(ying)中碳(tan)網絡的(de)(de)(de)(de)極(ji)化。這(zhe)種極(ji)化通過影(ying)響碳(tan)原子的(de)(de)(de)(de)自旋密度和(he)電(dian)荷分(fen)布而導(dao)致活(huo)化區(qu)NG電(dian)化學反應(ying)(ying)發生(sheng)在(zai)表面。氮(dan)摻(chan)雜劑打開導(dao)帶與價帶之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)帶隙(xi)，使(shi)費(fei)米能級(ji)高(gao)于狄(di)拉克點(dian)。這(zhe)種帶隙(xi)使(shi)NG成為(wei)電(dian)子和(he)半導(dao)體應(ying)(ying)用的(de)(de)(de)(de)合適候(hou)選人。簡而言之(zhi)，作為(wei)極(ji)化的(de)(de)(de)(de)結(jie)果(guo)，石(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)子、磁性(xing)、光學、電(dian)化學性(xing)質發生(sheng)了變化。

　　與(yu)(yu)電容器相比，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)氮(dan)摻雜增加(jia)。由(you)于含(han)有官能團氮(dan)的(de)(de)(de)法(fa)拉(la)第反(fan)應孔(kong)的(de)(de)(de)改善，其潤(run)濕性(xing)(xing)(xing)不(bu)僅(jin)提高了(le)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)導電性(xing)(xing)(xing)，而(er)且增加(jia)了(le)混合(he)(he)氮(dan)的(de)(de)(de)電容性(xing)(xing)(xing)。氨*常用于活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)熱(re)處理，以混合(he)(he)氮(dan)氣(NH 3)。石墨烯和活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)氮(dan)混合(he)(he)進一步增強了(le)使用NG或氮(dan)與(yu)(yu)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)混合(he)(he)(NAC)復合(he)(he)材(cai)料(liao)組(zu)裝的(de)(de)(de)電極的(de)(de)(de)電化學活性(xing)(xing)(xing)。基于NG和NAC毫(hao)無(wu)疑問，電極的(de)(de)(de)混合(he)(he)器具有電化學性(xing)(xing)(xing)能。

　　活(huo)性(xing)炭的N摻(chan)雜(za)可以(yi)進一步提高活(huo)性(xing)炭的性(xing)能。首次使用(yong)氮摻(chan)活(huo)性(xing)炭(高達(da)29000m 2 g -1的超高表面積，4重量%氮)作為LiHSC使用(yong)陰(yin)極材(cai)料(liao)Si / C陰(yin)極和陽極的質量比為2 : 1 負極材(cai)料(liao)中的有機電解(jie)質。采用(yong)氨作為氮前體，預(yu)處(chu)理(li)材(cai)料(liao)作為活(huo)性(xing)炭前體，并在(zai)不同溫度(du)下(xia)退火。他們在(zai)1747-30 127 W kg下(xia)實(shi)現了(le)230-141 W h kg -能量密度(du)-1功率(lv)密度(du)。

　　總之(zhi)，由于(yu)(yu)(yu)鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)性能(neng)(neng)(neng)(neng)高(gao)，循環壽命長，Li-HSC它確實是(shi)一個有(you)(you)(you)(you)前途的(de)(de)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)系(xi)統。與(yu)包括(kuo)LIB，SC，與(yu)所有(you)(you)(you)(you)其他儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)裝置相比(bi)(bi)，裝置相比(bi)(bi)，LIHSC它是(shi)**能(neng)(neng)(neng)(neng)提(ti)供高(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)密度(du)和(he)(he)高(gao)功率密度(du)的(de)(de)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)系(xi)統，因(yin)此具有(you)(you)(you)(you)滿足智能(neng)(neng)(neng)(neng)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)系(xi)統需求的(de)(de)潛力。石墨(mo)烯和(he)(he)活性炭具有(you)(you)(you)(you)高(gao)熱和(he)(he)物(wu)理穩定性、可調多(duo)孔結構(gou)和(he)(he)高(gao)表(biao)面積LIHSC有(you)(you)(you)(you)很大的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)。氮摻(chan)雜(za)具有(you)(you)(you)(you)重要意義，因(yin)為基于(yu)(yu)(yu)氮摻(chan)雜(za)石墨(mo)烯和(he)(he)活性炭電(dian)(dian)(dian)(dian)極的(de)(de)高(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)密度(du)。氮摻(chan)雜(za)劑組數越多(duo)，電(dian)(dian)(dian)(dian)極能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)密度(du)越高(gao)。這種高(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)密度(du)是(shi)由于(yu)(yu)(yu)氮基團的(de)(de)法拉(la)第(di)反應(ying)(ying)和(he)(he)孔壁的(de)(de)改善(shan)。氮摻(chan)雜(za)還增(zeng)加了碳原子的(de)(de)導電(dian)(dian)(dian)(dian)性，提(ti)高(gao)了電(dian)(dian)(dian)(dian)極的(de)(de)容量(liang)。由于(yu)(yu)(yu)氮誘導的(de)(de)額外電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)存儲(chu)(chu)機制(zhi)，所有(you)(you)(you)(you)其他電(dian)(dian)(dian)(dian)極都具有(you)(you)(you)(you)更好的(de)(de)性能(neng)(neng)(neng)(neng)。然而，混合百分(fen)比(bi)(bi)的(de)(de)影響尚未得到(dao)解釋。