活性炭中的氮(dan)與(yu)超級電容器混合

　　鋰離(li)子(zi)混(hun)合超(chao)級(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)容(rong)器結合鋰離(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)和(he)超(chao)級(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)容(rong)器的主要(yao)優點，已(yi)成為一種極(ji)具吸引力的儲能(neng)系統。石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)和(he)活性(xing)炭作為鋰離(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)和(he)超(chao)級(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)容(rong)器中的普通電(dian)(dian)(dian)極(ji)材料，提供高(gao)化學、熱(re)和(he)物理穩(wen)定性(xing)的可調(diao)多孔結構，導致電(dian)(dian)(dian)導率優異(yi)，容(rong)量提高(gao)。將石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)和(he)活性(xing)炭中的元素氮混(hun)合物視(shi)為進一步(bu)提高(gao)其性(xing)能(neng)。本文簡要(yao)總結了混(hun)合超(chao)級(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)容(rong)器的*新技術，重點是使用石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)和(he)活性(xing)炭。還(huan)強(qiang)調(diao)了后續LiHSCs與石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)和(he)活性(xing)炭混(hun)合的氮。

　　由混合超級電容器組成

　　隨著技(ji)術設備數量的(de)增加和(he)便攜式電(dian)子產品的(de)發展，全球(qiu)對智能高效儲能系統的(de)需求正在迅速增長(chang)。鋰離子電(dian)池(LIB)超級電(dian)容器(qi)確實(shi)是(shi)預計將應(ying)用于(yu)智能儲能領域的(de)絕佳(jia)候選人。以前使用的(de)電(dian)池電(dian)極材料(liao)包(bao)括一些(xie)碳(tan)材料(liao)、金屬氧(yang)(yang)化(hua)物和(he)金屬氫氧(yang)(yang)化(hua)物。而在LIHSC由于(yu)其可管(guan)理的(de)多(duo)孔結構和(he)高表面積，常(chang)用的(de)電(dian)容器(qi)電(dian)極材料(liao)由活(huo)性炭組成。碳(tan)納(na)米(mi)管(guan)納(na)米(mi)管(guan)和(he)石墨烯(xi)等其他材料(liao)。

　　石墨烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)(xing)炭被廣泛研究為(wei)鋰(li)(li)離子混合超級(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器的(de)(de)電(dian)(dian)極(ji)材料(liao)，因為(wei)它們具(ju)有較高(gao)的(de)(de)表面積，易于(yu)鋰(li)(li)離子插層，具(ju)有優異(yi)的(de)(de)容(rong)(rong)量(liang)保持性(xing)(xing)、長(chang)壽命周期和(he)約束結構類型。基于(yu)石墨烯(xi)或(huo)活(huo)性(xing)(xing)炭及其復合材料(liao)的(de)(de)電(dian)(dian)極(ji)組裝(zhuang)的(de)(de)混合設備已報(bao)告高(gao)功率密度的(de)(de)高(gao)能量(liang)密度。據報(bao)道，長(chang)期穩定的(de)(de)循環(huan)壽命和(he)改進(jin)的(de)(de)容(rong)(rong)量(liang)保留。

　　采用形態控制和(he)元(yuan)素混合，以提高石(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)和(he)活性炭(tan)基電極的(de)性能(neng)。制備了0-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)量子(zi)點(dian)，1-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)納米帶(dai)(GNR)，2-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)片(pian)，3-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)和(he)多孔石(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)。引入石(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)3D為了實現改(gai)進的(de)性能(neng)，交聯位點(dian)由石(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)片(pian)制成π-π堆疊產生的(de)。可壓縮性90%，超輕重量和(he)高導(dao)電性3D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)氣凝膠印刷。該(gai)方(fang)法可用于(yu)打印所需的(de)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)網絡結構，以平滑混合電容器中電子(zi)和(he)鋰離(li)子(zi)的(de)路徑。如(ru)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)中的(de)元(yuan)素摻雜法N-，Cr，B已(yi)報道摻雜活性炭(tan)具有改(gai)善(shan)的(de)電化(hua)學性能(neng)。

　　N摻雜活性炭

　　氮是(shi)(shi)偽(wei)(wei)電(dian)(dian)容(rong)元件。氮摻雜被認為(wei)是(shi)(shi)將(jiang)偽(wei)(wei)電(dian)(dian)容(rong)性(xing)(xing)質納(na)入石墨烯和活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)理想方法(fa)，用(yong)于(yu)高(gao)性(xing)(xing)能(neng)超級電(dian)(dian)容(rong)器的(de)應(ying)用(yong)。氮與(yu)碳(tan)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)(dian)負性(xing)(xing)差(cha)異較大(da)，即氮與(yu)碳(tan)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)(dian)負性(xing)(xing)差(cha)異較大(da) 3.04 ：2.55，這(zhe)導(dao)致N摻雜石墨烯(NG)電(dian)(dian)影中(zhong)碳(tan)網絡的(de)極(ji)(ji)化(hua)。這(zhe)種(zhong)極(ji)(ji)化(hua)通過(guo)影響碳(tan)原子(zi)的(de)自旋(xuan)密(mi)度和電(dian)(dian)荷分布而導(dao)致活化(hua)區NG電(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)反應(ying)發生在(zai)表面。氮摻雜劑打開導(dao)帶(dai)與(yu)價帶(dai)之(zhi)間(jian)的(de)帶(dai)隙，使費米能(neng)級高(gao)于(yu)狄拉克點。這(zhe)種(zhong)帶(dai)隙使NG成為(wei)電(dian)(dian)子(zi)和半導(dao)體應(ying)用(yong)的(de)合適候(hou)選(xuan)人。簡而言之(zhi)，作為(wei)極(ji)(ji)化(hua)的(de)結果，石墨烯的(de)電(dian)(dian)子(zi)、磁性(xing)(xing)、光學(xue)(xue)、電(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)性(xing)(xing)質發生了變化(hua)。

　　與(yu)電容器相(xiang)比，活(huo)性(xing)炭中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氮摻雜增加。由于含有官能團(tuan)氮的(de)(de)(de)(de)(de)法(fa)拉(la)第反應孔的(de)(de)(de)(de)(de)改善，其潤濕性(xing)不僅提高了活(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)(de)導電性(xing)，而且增加了混(hun)合(he)(he)氮的(de)(de)(de)(de)(de)電容性(xing)。氨(an)*常(chang)用(yong)于活(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)(de)熱處理，以混(hun)合(he)(he)氮氣(NH 3)。石(shi)墨(mo)烯和活(huo)性(xing)炭中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氮混(hun)合(he)(he)進(jin)一步增強了使用(yong)NG或氮與(yu)活(huo)性(xing)炭混(hun)合(he)(he)(NAC)復合(he)(he)材料組裝的(de)(de)(de)(de)(de)電極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)電化學活(huo)性(xing)。基于NG和NAC毫無(wu)疑問，電極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)混(hun)合(he)(he)器具有電化學性(xing)能。

　　活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的N摻雜(za)可以(yi)進(jin)一步提高(gao)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的性(xing)(xing)能(neng)(neng)。首(shou)次(ci)使用氮(dan)摻活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(高(gao)達29000m 2 g -1的超高(gao)表面積(ji)，4重量%氮(dan))作(zuo)為(wei)LiHSC使用陰極(ji)材(cai)料Si / C陰極(ji)和陽(yang)極(ji)的質(zhi)量比為(wei)2 : 1 負極(ji)材(cai)料中的有機電解質(zhi)。采用氨作(zuo)為(wei)氮(dan)前體，預處理材(cai)料作(zuo)為(wei)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭前體，并(bing)在(zai)不(bu)同溫度(du)下(xia)退(tui)火。他們在(zai)1747-30 127 W kg下(xia)實(shi)現了230-141 W h kg -能(neng)(neng)量密度(du)-1功率密度(du)。

　　總(zong)之，由于鋰(li)電池的(de)(de)(de)(de)電化學性(xing)能(neng)(neng)(neng)高(gao)(gao)，循環壽命長(chang)，Li-HSC它(ta)確實是一個有(you)前(qian)途(tu)的(de)(de)(de)(de)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)系統。與包括LIB，SC，與所有(you)其他(ta)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)裝置(zhi)相比，裝置(zhi)相比，LIHSC它(ta)是**能(neng)(neng)(neng)提(ti)供高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)量(liang)密(mi)度和(he)高(gao)(gao)功率密(mi)度的(de)(de)(de)(de)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)系統，因此具(ju)(ju)有(you)滿足智能(neng)(neng)(neng)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)系統需(xu)求的(de)(de)(de)(de)潛(qian)力(li)。石(shi)墨烯和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)具(ju)(ju)有(you)高(gao)(gao)熱(re)和(he)物理穩定性(xing)、可調多孔結構(gou)和(he)高(gao)(gao)表(biao)面積LIHSC有(you)很(hen)大的(de)(de)(de)(de)應(ying)用。氮摻(chan)雜(za)具(ju)(ju)有(you)重要意義(yi)，因為基(ji)于氮摻(chan)雜(za)石(shi)墨烯和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)電極(ji)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)密(mi)度。氮摻(chan)雜(za)劑(ji)組數(shu)越多，電極(ji)能(neng)(neng)(neng)量(liang)密(mi)度越高(gao)(gao)。這種高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)量(liang)密(mi)度是由于氮基(ji)團的(de)(de)(de)(de)法拉第反應(ying)和(he)孔壁的(de)(de)(de)(de)改善。氮摻(chan)雜(za)還增加了碳(tan)原子的(de)(de)(de)(de)導(dao)電性(xing)，提(ti)高(gao)(gao)了電極(ji)的(de)(de)(de)(de)容量(liang)。由于氮誘導(dao)的(de)(de)(de)(de)額外電荷存儲(chu)(chu)機制，所有(you)其他(ta)電極(ji)都具(ju)(ju)有(you)更好的(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)。然而，混合百(bai)分比的(de)(de)(de)(de)影響尚未得到解釋(shi)。