活性炭中的氮與超(chao)級電容器混合

　　鋰(li)(li)離子混(hun)合(he)超(chao)級(ji)電容(rong)(rong)器(qi)結(jie)(jie)合(he)鋰(li)(li)離子電池和超(chao)級(ji)電容(rong)(rong)器(qi)的(de)主要(yao)優(you)點，已成為一種極具(ju)吸引(yin)力(li)的(de)儲能系(xi)統。石(shi)墨烯和活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)作為鋰(li)(li)離子電池和超(chao)級(ji)電容(rong)(rong)器(qi)中的(de)普(pu)通電極材料，提供高(gao)化(hua)學、熱(re)和物理穩定性(xing)的(de)可調多(duo)孔結(jie)(jie)構，導致電導率優(you)異，容(rong)(rong)量提高(gao)。將(jiang)石(shi)墨烯和活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)中的(de)元素氮(dan)混(hun)合(he)物視為進一步提高(gao)其性(xing)能。本文(wen)簡要(yao)總結(jie)(jie)了混(hun)合(he)超(chao)級(ji)電容(rong)(rong)器(qi)的(de)*新技(ji)術，重(zhong)點是使用石(shi)墨烯和活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)。還強調了后續LiHSCs與石(shi)墨烯和活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)混(hun)合(he)的(de)氮(dan)。

　　由混(hun)合超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器組成

　　隨著技術設備數量的增加和(he)便(bian)攜式電子(zi)產品的發展，全球對(dui)智能(neng)高效儲(chu)能(neng)系統的需(xu)求正在(zai)迅速增長(chang)。鋰離子(zi)電池(LIB)超級電容器確實是預計將應用(yong)(yong)于智能(neng)儲(chu)能(neng)領域的絕佳候(hou)選人。以前使(shi)用(yong)(yong)的電池電極材(cai)料(liao)包括一(yi)些碳材(cai)料(liao)、金(jin)屬(shu)氧(yang)化物和(he)金(jin)屬(shu)氫氧(yang)化物。而在(zai)LIHSC由(you)于其可管(guan)理的多孔(kong)結(jie)構和(he)高表面(mian)積，常用(yong)(yong)的電容器電極材(cai)料(liao)由(you)活性炭組成(cheng)。碳納(na)米(mi)管(guan)納(na)米(mi)管(guan)和(he)石墨烯等(deng)其他(ta)材(cai)料(liao)。

　　石(shi)墨烯(xi)和活(huo)性(xing)(xing)炭被廣泛(fan)研究為鋰(li)(li)離(li)子(zi)(zi)混合超級電(dian)容器的(de)(de)電(dian)極材料，因為它們(men)具有較高(gao)的(de)(de)表(biao)面積，易于鋰(li)(li)離(li)子(zi)(zi)插層(ceng)，具有優異的(de)(de)容量保持性(xing)(xing)、長壽(shou)命周期(qi)(qi)和約束(shu)結構類(lei)型。基于石(shi)墨烯(xi)或活(huo)性(xing)(xing)炭及(ji)其復合材料的(de)(de)電(dian)極組裝的(de)(de)混合設備已報告高(gao)功率(lv)密度(du)(du)的(de)(de)高(gao)能量密度(du)(du)。據(ju)報道，長期(qi)(qi)穩定的(de)(de)循環壽(shou)命和改進的(de)(de)容量保留。

　　采(cai)用(yong)形態控制和(he)(he)元素(su)(su)混合，以(yi)(yi)提高(gao)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)和(he)(he)活(huo)性(xing)炭(tan)基電(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)。制備了0-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)量子(zi)點，1-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)納米帶(GNR)，2-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)片(pian)，3-D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)和(he)(he)多(duo)孔石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)。引(yin)入石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)的(de)(de)3D為了實現改進的(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)，交(jiao)聯位點由石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)片(pian)制成π-π堆疊產生的(de)(de)。可壓(ya)縮性(xing)90%，超輕(qing)重量和(he)(he)高(gao)導電(dian)(dian)(dian)性(xing)3D石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)氣凝膠印刷。該(gai)方法可用(yong)于打印所需的(de)(de)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)網絡結構，以(yi)(yi)平滑混合電(dian)(dian)(dian)容器中(zhong)電(dian)(dian)(dian)子(zi)和(he)(he)鋰離子(zi)的(de)(de)路徑。如石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)中(zhong)的(de)(de)元素(su)(su)摻雜法N-，Cr，B已報道摻雜活(huo)性(xing)炭(tan)具有改善的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化學(xue)性(xing)能(neng)(neng)。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)(dan)是(shi)偽(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)元件。氮(dan)(dan)摻雜(za)被認為是(shi)將偽(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)性(xing)(xing)質(zhi)納入石(shi)墨烯(xi)和(he)活性(xing)(xing)炭的(de)理想方法，用于高性(xing)(xing)能超級電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器的(de)應(ying)用。氮(dan)(dan)與碳(tan)(tan)之間的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)負性(xing)(xing)差異(yi)較大，即氮(dan)(dan)與碳(tan)(tan)之間的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)負性(xing)(xing)差異(yi)較大 3.04 ：2.55，這導致N摻雜(za)石(shi)墨烯(xi)(NG)電(dian)(dian)(dian)(dian)影中碳(tan)(tan)網絡的(de)極化(hua)。這種極化(hua)通過影響(xiang)碳(tan)(tan)原子(zi)的(de)自旋密度和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)荷分(fen)布而導致活化(hua)區NG電(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)反應(ying)發(fa)生(sheng)在表面。氮(dan)(dan)摻雜(za)劑打開導帶與價帶之間的(de)帶隙，使費米能級高于狄(di)拉(la)克點(dian)。這種帶隙使NG成為電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)和(he)半導體應(ying)用的(de)合(he)適候選(xuan)人。簡而言之，作為極化(hua)的(de)結果(guo)，石(shi)墨烯(xi)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)、磁性(xing)(xing)、光學(xue)、電(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)性(xing)(xing)質(zhi)發(fa)生(sheng)了(le)變化(hua)。

　　與電(dian)容(rong)器相(xiang)比，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中(zhong)的氮摻雜增加。由于(yu)含有官能團氮的法拉第反應孔的改善，其潤濕(shi)性(xing)不僅提高了(le)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的導電(dian)性(xing)，而且增加了(le)混(hun)(hun)合(he)(he)氮的電(dian)容(rong)性(xing)。氨*常用(yong)于(yu)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的熱(re)處理，以混(hun)(hun)合(he)(he)氮氣(NH 3)。石墨(mo)烯(xi)和(he)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中(zhong)的氮混(hun)(hun)合(he)(he)進一步(bu)增強了(le)使用(yong)NG或氮與活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)混(hun)(hun)合(he)(he)(NAC)復合(he)(he)材料組裝(zhuang)的電(dian)極的電(dian)化學(xue)(xue)活(huo)(huo)性(xing)。基于(yu)NG和(he)NAC毫無疑問，電(dian)極的混(hun)(hun)合(he)(he)器具有電(dian)化學(xue)(xue)性(xing)能。

　　活(huo)(huo)性(xing)炭的N摻雜可以進一步(bu)提高活(huo)(huo)性(xing)炭的性(xing)能。首次使用氮(dan)摻活(huo)(huo)性(xing)炭(高達29000m 2 g -1的超高表(biao)面(mian)積，4重量%氮(dan))作為LiHSC使用陰(yin)極材料Si / C陰(yin)極和陽極的質量比(bi)為2 : 1 負極材料中的有機電解質。采用氨作為氮(dan)前體，預處理材料作為活(huo)(huo)性(xing)炭前體，并在不同溫度下退火。他們在1747-30 127 W kg下實現了230-141 W h kg -能量密(mi)度-1功率密(mi)度。

　　總之，由于(yu)鋰電(dian)池的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)化學性(xing)能(neng)(neng)(neng)高(gao)(gao)，循環壽命(ming)長，Li-HSC它確實是(shi)(shi)一個有(you)(you)前途(tu)的(de)(de)(de)(de)(de)儲能(neng)(neng)(neng)系統。與(yu)包括LIB，SC，與(yu)所(suo)有(you)(you)其他(ta)儲能(neng)(neng)(neng)裝(zhuang)置(zhi)相比(bi)，裝(zhuang)置(zhi)相比(bi)，LIHSC它是(shi)(shi)**能(neng)(neng)(neng)提供高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)量密(mi)度和(he)(he)(he)高(gao)(gao)功率密(mi)度的(de)(de)(de)(de)(de)儲能(neng)(neng)(neng)系統，因(yin)此具(ju)(ju)有(you)(you)滿足智能(neng)(neng)(neng)儲能(neng)(neng)(neng)系統需求的(de)(de)(de)(de)(de)潛力。石墨烯和(he)(he)(he)活性(xing)炭具(ju)(ju)有(you)(you)高(gao)(gao)熱和(he)(he)(he)物理穩定性(xing)、可調多(duo)孔結構和(he)(he)(he)高(gao)(gao)表面積(ji)LIHSC有(you)(you)很大的(de)(de)(de)(de)(de)應用。氮摻雜具(ju)(ju)有(you)(you)重要意義，因(yin)為(wei)基(ji)于(yu)氮摻雜石墨烯和(he)(he)(he)活性(xing)炭電(dian)極的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)密(mi)度。氮摻雜劑組數越多(duo)，電(dian)極能(neng)(neng)(neng)量密(mi)度越高(gao)(gao)。這(zhe)種高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)量密(mi)度是(shi)(shi)由于(yu)氮基(ji)團的(de)(de)(de)(de)(de)法拉第(di)反應和(he)(he)(he)孔壁的(de)(de)(de)(de)(de)改善(shan)。氮摻雜還增加了碳原子的(de)(de)(de)(de)(de)導電(dian)性(xing)，提高(gao)(gao)了電(dian)極的(de)(de)(de)(de)(de)容量。由于(yu)氮誘導的(de)(de)(de)(de)(de)額(e)外電(dian)荷存(cun)儲機(ji)制，所(suo)有(you)(you)其他(ta)電(dian)極都(dou)具(ju)(ju)有(you)(you)更好的(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)。然而(er)，混(hun)合(he)百分比(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)影響尚未得到(dao)解釋。