活(huo)性(xing)炭的電化學性(xing)能(neng)

　　能(neng)源(yuan)問題是21世(shi)(shi)紀活性(xing)炭電化學(xue)性(xing)能(neng)*顯(xian)著的(de)(de)全(quan)球(qiu)挑(tiao)戰(zhan)之一。全(quan)球(qiu)對能(neng)源(yuan)供應(ying)和環境(jing)保護的(de)(de)需求(qiu)急劇增(zeng)加，迫使世(shi)(shi)界面(mian)臨經(jing)濟危機。據(ju)*近報道，全(quan)球(qiu)能(neng)耗每年(nian)約為4.1×10 20 J--其80%來自不(bu)可再生(sheng)碳密集型化石(shi)(shi)燃料(liao)，包括煤、石(shi)(shi)油和天然氣。過度依(yi)賴燃燒(shao)化石(shi)(shi)燃料(liao)帶來了許多(duo)環境(jing)問題，增(zeng)加了全(quan)球(qiu)經(jing)濟的(de)(de)負擔。隨著世(shi)(shi)界的(de)(de)不(bu)斷發展(zhan)，能(neng)源(yuan)需求(qiu)迅速增(zeng)長，地球(qiu)不(bu)可再生(sheng)能(neng)源(yuan)總(zong)量(liang)相當有(you)限。因此(ci)，為了滿足日益增(zeng)長的(de)(de)能(neng)源(yuan)需求(qiu)，減少對環境(jing)的(de)(de)應(ying)力，需要安全(quan)、實用(yong)、可持續、性(xing)能(neng)良好的(de)(de)能(neng)量(liang)轉換和存儲設備。

　　電(dian)化學電(dian)容器(qi)(qi)(qi)*近(jin)引起了人們(men)的(de)(de)極(ji)大(da)興趣(qu)，包括顯著的(de)(de)循環(huan)效率、預期的(de)(de)循環(huan)壽命、快速(su)充(chong)放電(dian)率和(he)優良的(de)(de)功率密度(du)，以(yi)(yi)及便攜式(shi)電(dian)子、混合電(dian)動汽車(che)和(he)存儲(chu)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)備(bei)用設備(bei)。毫(hao)無疑問，活性炭雙層電(dian)容器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)性能主(zhu)要取決于其電(dian)極(ji)材料的(de)(de)類型和(he)形(xing)式(shi)。超級電(dian)容器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)紋(wen)理(li)電(dian)位電(dian)極(ji)材料研究以(yi)(yi)各種形(xing)式(shi)進(jin)行(xing)了報道。以(yi)(yi)活性炭為材料，如活性炭、石墨烯(xi)、碳納(na)米結構，如管(guan)道和(he)纖維、來自碳化物的(de)(de)碳等。

　　此外，活(huo)性(xing)炭(tan)具(ju)有多孔結構(gou)豐富、雜原子自摻雜、物(wu)理化學穩定性(xing)和(he)環(huan)保等優點，廣泛應用于能(neng)源(yuan)相關領域，以滿足能(neng)源(yuan)供應的(de)迫切(qie)需求。截至(zhi)目前，堅(jian)果(guo)殼、椰殼、木材(cai)(cai)、動物(wu)骨、纖(xian)維(wei)等各種活(huo)性(xing)炭(tan)材(cai)(cai)料已被廣泛用作(zuo)制造電容器的(de)前體。大多數報告稱(cheng)，活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)儲能(neng)性(xing)能(neng)超過了其他(ta)非活(huo)性(xing)炭(tan)材(cai)(cai)料的(de)儲能(neng)性(xing)能(neng)。

　　活性炭的電化學性能

　　5%的(de)電(dian)極(ji)PTFE，乙炔碳黑10%，活性(xing)(xing)炭85%。將所有材料均勻混合(he)，然(ran)后(hou)在(zai)1.4MPa將其壓在(zai)鎳泡沫基材上，然(ran)后(hou)在(zai)真(zhen)空烘箱(xiang)中壓在(zai)110℃干燥12小(xiao)時。每(mei)個集電(dian)器(qi)上的(de)活性(xing)(xing)物(wu)質量約為4.7mg·cm -2。6.通過多孔膜分(fen)離(li)M KOH對稱(cheng)雙電(dian)極(ji)電(dian)池組裝電(dian)解質水溶液。采用(yong)循(xun)環伏安(an)法(CV)，恒電(dian)流充(chong)放電(dian)(GCD)電(dian)化學阻抗光(guang)譜(pu)(EIS)研(yan)究(jiu)樣品的(de)電(dian)容性(xing)(xing)能。在(zai)0.01Hz-100KHz在(zai)5的(de)頻率范圍內mV在(zai)開路電(dian)位下(xia)測量范圍EIS光(guang)譜(pu)。所有電(dian)化學測量均在(zai)電(dian)化學工(gong)作站(zhan)進行(xing)。所有試驗均在(zai)室溫下(xia)進行(xing)。

　　活性(xing)炭的形(xing)狀和結構

　　四個活性炭樣品(pin)(pin)(LSC-1-4)的(de)(de)XRD圖譜(pu)顯示(shi)沒(mei)有尖銳和強峰(feng)(如圖1所(suo)示(shi))，表(biao)示(shi)所(suo)有活性炭樣品(pin)(pin)的(de)(de)非晶狀態。一(yi)方面位于23左右°位于44的(de)(de)寬(kuan)峰(feng)和寬(kuan)峰(feng)°弱(ruo)峰(feng)是無定形石墨(mo)(mo)碳的(de)(de)特(te)征峰(feng)，表(biao)明(ming)LSC樣品(pin)(pin)的(de)(de)石墨(mo)(mo)化程度(du)(du)有限。另一(yi)方面，以44°中心弱(ruo)峰(feng)的(de)(de)出現表(biao)明(ming)電(dian)導率的(de)(de)提高。特(te)別(bie)地，LSC-1在44°與(yu)其他樣品(pin)(pin)相比，觀察到的(de)(de)尖銳峰(feng)值表(biao)明(ming)，LSC-石墨(mo)(mo)化程度(du)(du)提高。

　　電化學表征活(huo)性炭

　　基于(yu)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)超(chao)級(ji)(ji)電(dian)容(rong)(rong)(rong)器的(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品(SC-LSC)的(de)電(dian)容(rong)(rong)(rong)性(xing)，LSC-3和(he)LSC-4通過電(dian)化學(xue)技術(shu)序(xu)列進行評估，包(bao)括室溫下(xia)CV，GCD和(he)EIS測試(shi)。圖2顯示了(le)四個不同掃描速(su)(su)率(lv)的(de)人SC-LSC的(de)CV電(dian)勢(shi)窗的(de)范圍為0-0.8V。如所(suo)見，所(suo)有(you)(you)超(chao)級(ji)(ji)電(dian)容(rong)(rong)(rong)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)在相(xiang)對較低的(de)掃描速(su)(su)率(lv)下(xia)具有(you)(you)理想(xiang)的(de)矩(ju)形(xing)電(dian)容(rong)(rong)(rong)性(xing)能，即(ji)充電(dian) - 雙(shuang)層電(dian)容(rong)(rong)(rong)器在放電(dian)過程中的(de)典型性(xing)質(zhi)。即(ji)使(shi)在500 mV·s -在1的(de)高掃描速(su)(su)率(lv)下(xia)，如圖2所(suo)示d，SC-LSCs的(de)CV由于(yu)樣品的(de)優良導電(dian)性(xing)和(he)低質(zhi)量傳(chuan)輸電(dian)阻，曲線(xian)保持了(le)伏安曲線(xian)的(de)準矩(ju)形(xing)狀(zhuang)，幾乎沒有(you)(you)變(bian)形(xing)。顯然，短(duan)離(li)子(zi)通道(dao)和(he)電(dian)解質(zhi)儲層的(de)快速(su)(su)離(li)子(zi)運輸來(lai)自活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品的(de)分層孔結(jie)構。類(lei)似(si)地，超(chao)級(ji)(ji)電(dian)容(rong)(rong)(rong)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)由于(yu)理想(xiang)的(de)分層多孔結(jie)構和(he)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)高表面積而顯示出*高的(de)電(dian)容(rong)(rong)(rong)值。

　　碳(tan)化(hua)活(huo)(huo)(huo)化(hua)前，由纖(xian)維(wei)材(cai)料合成四種(zhong)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)。所(suo)有制備的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)主要表(biao)(biao)現為微孔(kong)結構。發現通過(guo)ZnCl 2活(huo)(huo)(huo)化(hua)法制備的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)現出*大(da)的(de)(de)比表(biao)(biao)面積，在所(suo)有活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣品中(zhong)表(biao)(biao)現出*佳的(de)(de)電(dian)(dian)化(hua)學性(xing)(xing)能(neng)，其(qi)中(zhong)0.1A·g 的(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)為107.4F·g -1 -1.對(dui)稱雙(shuang)電(dian)(dian)極(ji)電(dian)(dian)池。隨著電(dian)(dian)流(liu)密度大(da)于1，這(zhe)些活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)基超級電(dian)(dian)容(rong)器(qi)的(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)僅大(da)于1A·g -而略(lve)有變(bian)化(hua)。所(suo)有超級電(dian)(dian)容(rong)器(qi)在1中(zhong)顯(xian)示出優異的(de)(de)電(dian)(dian)化(hua)學穩定性(xing)(xing)A·g -1的(de)(de) 充(chong)放電(dian)(dian)循環5000次后(hou)，LSC-1型超級電(dian)(dian)容(rong)器(qi)的(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)保持(chi)在92.6%以(yi)上。這(zhe)些結果表(biao)(biao)明，纖(xian)維(wei)材(cai)料是合理設計和制備具有高表(biao)(biao)面積和優良電(dian)(dian)化(hua)學性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)好候選人。