活性(xing)炭的電化學性(xing)能

　　能(neng)源問題(ti)是(shi)21世紀活性(xing)(xing)炭電化學性(xing)(xing)能(neng)*顯著的(de)(de)全(quan)球(qiu)挑(tiao)戰之(zhi)一。全(quan)球(qiu)對(dui)能(neng)源供(gong)應和(he)環(huan)(huan)境(jing)保(bao)護的(de)(de)需(xu)求急(ji)劇增(zeng)(zeng)(zeng)加，迫(po)使(shi)世界(jie)面臨經濟危(wei)機。據*近報道，全(quan)球(qiu)能(neng)耗(hao)每年約(yue)為4.1×10 20 J--其80%來自不(bu)可(ke)再生(sheng)碳密(mi)集型化石燃料，包括(kuo)煤、石油和(he)天然(ran)氣。過度依(yi)賴(lai)燃燒化石燃料帶來了許多(duo)環(huan)(huan)境(jing)問題(ti)，增(zeng)(zeng)(zeng)加了全(quan)球(qiu)經濟的(de)(de)負擔。隨著世界(jie)的(de)(de)不(bu)斷發展，能(neng)源需(xu)求迅速(su)增(zeng)(zeng)(zeng)長，地球(qiu)不(bu)可(ke)再生(sheng)能(neng)源總(zong)量(liang)相(xiang)當(dang)有限。因此，為了滿足日(ri)益增(zeng)(zeng)(zeng)長的(de)(de)能(neng)源需(xu)求，減少對(dui)環(huan)(huan)境(jing)的(de)(de)應力，需(xu)要安(an)全(quan)、實用、可(ke)持續(xu)、性(xing)(xing)能(neng)良好的(de)(de)能(neng)量(liang)轉換和(he)存(cun)儲設(she)備。

　　電(dian)化學電(dian)容(rong)器(qi)*近(jin)引起了(le)人們的極大(da)興趣，包(bao)括顯著的循環效率、預期(qi)的循環壽命、快速充放(fang)電(dian)率和(he)優(you)良(liang)的功率密度，以及便攜式(shi)(shi)電(dian)子、混合電(dian)動汽車和(he)存儲器(qi)的備用(yong)設備。毫無疑問，活(huo)性炭(tan)雙層電(dian)容(rong)器(qi)的性能主要取決(jue)于其電(dian)極材料的類(lei)型和(he)形(xing)式(shi)(shi)。超級電(dian)容(rong)器(qi)的紋理電(dian)位(wei)電(dian)極材料研(yan)究以各(ge)種形(xing)式(shi)(shi)進行了(le)報道(dao)。以活(huo)性炭(tan)為材料，如活(huo)性炭(tan)、石墨烯、碳(tan)納米結(jie)構，如管道(dao)和(he)纖維、來(lai)自碳(tan)化物的碳(tan)等(deng)。

　　此外，活(huo)(huo)性炭具有(you)多孔(kong)結(jie)構豐富、雜(za)原(yuan)子自(zi)摻(chan)雜(za)、物理化學穩定(ding)性和環保等優點，廣泛應用于能(neng)源相關(guan)領域，以(yi)滿足能(neng)源供應的(de)迫切需求。截(jie)至目前，堅(jian)果殼、椰殼、木(mu)材、動物骨(gu)、纖維等各種(zhong)活(huo)(huo)性炭材料(liao)已被廣泛用作制造電容器的(de)前體。大多數報(bao)告(gao)稱，活(huo)(huo)性炭的(de)儲能(neng)性能(neng)超過了(le)其他非活(huo)(huo)性炭材料(liao)的(de)儲能(neng)性能(neng)。

　　活性炭的電化學性能

　　5%的電(dian)(dian)極PTFE，乙炔碳黑10%，活(huo)性炭85%。將所有(you)(you)材料均勻混合，然后在(zai)(zai)1.4MPa將其壓在(zai)(zai)鎳泡沫基材上(shang)，然后在(zai)(zai)真(zhen)空(kong)烘箱中壓在(zai)(zai)110℃干燥12小時。每(mei)個集電(dian)(dian)器上(shang)的活(huo)性物質(zhi)量約為4.7mg·cm -2。6.通過多孔膜分離M KOH對稱雙電(dian)(dian)極電(dian)(dian)池組裝電(dian)(dian)解質(zhi)水溶液。采用循環(huan)伏安法(fa)(CV)，恒電(dian)(dian)流充放電(dian)(dian)(GCD)電(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)阻抗光譜(EIS)研究(jiu)樣品的電(dian)(dian)容性能。在(zai)(zai)0.01Hz-100KHz在(zai)(zai)5的頻率范圍(wei)內(nei)mV在(zai)(zai)開路電(dian)(dian)位(wei)下測(ce)量范圍(wei)EIS光譜。所有(you)(you)電(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)測(ce)量均在(zai)(zai)電(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)工作站進行。所有(you)(you)試驗(yan)均在(zai)(zai)室溫下進行。

　　活性炭的形狀和(he)結構

　　四個活性(xing)(xing)炭樣品(LSC-1-4)的XRD圖譜顯示沒(mei)有尖銳和強峰(feng)(feng)(如圖1所示)，表示所有活性(xing)(xing)炭樣品的非晶狀態。一方面(mian)位于23左右°位于44的寬峰(feng)(feng)和寬峰(feng)(feng)°弱(ruo)峰(feng)(feng)是無定(ding)形(xing)石墨(mo)碳的特(te)征(zheng)峰(feng)(feng)，表明(ming)LSC樣品的石墨(mo)化程度(du)有限(xian)。另一方面(mian)，以44°中心弱(ruo)峰(feng)(feng)的出現表明(ming)電導(dao)率的提(ti)高。特(te)別地，LSC-1在44°與其他樣品相(xiang)比(bi)，觀察到的尖銳峰(feng)(feng)值(zhi)表明(ming)，LSC-石墨(mo)化程度(du)提(ti)高。

　　電化學表征(zheng)活性炭

　　基于活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)超級電(dian)容(rong)(rong)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)樣品(SC-LSC)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)容(rong)(rong)性(xing)(xing)，LSC-3和(he)(he)LSC-4通過(guo)電(dian)化(hua)學(xue)技術序列進(jin)行評估，包括室溫下(xia)CV，GCD和(he)(he)EIS測試(shi)。圖2顯(xian)(xian)示了四個不同(tong)掃描(miao)速率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)人SC-LSC的(de)(de)(de)(de)(de)(de)CV電(dian)勢窗的(de)(de)(de)(de)(de)(de)范圍為0-0.8V。如(ru)所(suo)(suo)見(jian)，所(suo)(suo)有超級電(dian)容(rong)(rong)活性(xing)(xing)炭(tan)在(zai)相對較低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)掃描(miao)速率(lv)下(xia)具有理想(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)矩形電(dian)容(rong)(rong)性(xing)(xing)能，即(ji)充電(dian) - 雙層電(dian)容(rong)(rong)器(qi)在(zai)放電(dian)過(guo)程中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)典型(xing)性(xing)(xing)質(zhi)。即(ji)使(shi)在(zai)500 mV·s -在(zai)1的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高掃描(miao)速率(lv)下(xia)，如(ru)圖2所(suo)(suo)示d，SC-LSCs的(de)(de)(de)(de)(de)(de)CV由于樣品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優良導(dao)電(dian)性(xing)(xing)和(he)(he)低質(zhi)量(liang)傳輸電(dian)阻，曲(qu)線保持(chi)了伏(fu)安曲(qu)線的(de)(de)(de)(de)(de)(de)準矩形狀，幾乎(hu)沒有變(bian)形。顯(xian)(xian)然，短離子通道和(he)(he)電(dian)解質(zhi)儲層的(de)(de)(de)(de)(de)(de)快速離子運輸來自活性(xing)(xing)炭(tan)樣品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)層孔(kong)結(jie)(jie)構(gou)。類似(si)地，超級電(dian)容(rong)(rong)活性(xing)(xing)炭(tan)由于理想(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)層多(duo)孔(kong)結(jie)(jie)構(gou)和(he)(he)活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高表(biao)面積而顯(xian)(xian)示出*高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)容(rong)(rong)值(zhi)。

　　碳(tan)化(hua)活(huo)(huo)化(hua)前，由纖維材(cai)料合成四種活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭。所有(you)制(zhi)備的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭主要表現為(wei)微孔結構。發(fa)現通過ZnCl 2活(huo)(huo)化(hua)法制(zhi)備的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭表現出(chu)*大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)比表面積(ji)，在所有(you)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭樣品中表現出(chu)*佳的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學性(xing)(xing)能，其中0.1A·g 的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容(rong)為(wei)107.4F·g -1 -1.對稱雙電(dian)(dian)(dian)極電(dian)(dian)(dian)池(chi)。隨著(zhu)電(dian)(dian)(dian)流密(mi)度大(da)(da)于(yu)1，這些(xie)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭基超級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容(rong)僅大(da)(da)于(yu)1A·g -而略有(you)變化(hua)。所有(you)超級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)在1中顯示出(chu)優異的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學穩定性(xing)(xing)A·g -1的(de)(de)(de)(de) 充放電(dian)(dian)(dian)循環5000次后，LSC-1型超級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容(rong)保持(chi)在92.6%以上(shang)。這些(xie)結果(guo)表明，纖維材(cai)料是合理設(she)計和制(zhi)備具(ju)有(you)高表面積(ji)和優良(liang)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)(de)好候選人(ren)。