活(huo)性炭的電化學性能(neng)

　　能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)問(wen)題是21世(shi)紀活性炭電化學性能(neng)(neng)*顯著的(de)(de)全(quan)球(qiu)挑戰之(zhi)一。全(quan)球(qiu)對能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)供應和環境(jing)保護(hu)的(de)(de)需求(qiu)急(ji)劇增加，迫使世(shi)界(jie)面臨經(jing)濟(ji)危機(ji)。據*近報道，全(quan)球(qiu)能(neng)(neng)耗每年約為(wei)4.1×10 20 J--其80%來自不(bu)可(ke)(ke)再生碳密集型化石燃料(liao)，包(bao)括(kuo)煤、石油(you)和天然氣。過度依賴燃燒化石燃料(liao)帶(dai)來了許多環境(jing)問(wen)題，增加了全(quan)球(qiu)經(jing)濟(ji)的(de)(de)負擔。隨著世(shi)界(jie)的(de)(de)不(bu)斷發展，能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)需求(qiu)迅速增長(chang)(chang)，地球(qiu)不(bu)可(ke)(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)總量相當有限(xian)。因此，為(wei)了滿(man)足日益(yi)增長(chang)(chang)的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)需求(qiu)，減少對環境(jing)的(de)(de)應力(li)，需要安全(quan)、實用、可(ke)(ke)持續、性能(neng)(neng)良(liang)好的(de)(de)能(neng)(neng)量轉換和存(cun)儲設備。

　　電(dian)化學(xue)電(dian)容器*近(jin)引起了人們的(de)(de)極(ji)大興趣，包括顯著(zhu)的(de)(de)循環效(xiao)率、預(yu)期的(de)(de)循環壽命、快速充放電(dian)率和(he)優良(liang)的(de)(de)功率密度，以(yi)及便攜式電(dian)子、混合電(dian)動(dong)汽車和(he)存儲器的(de)(de)備用(yong)設備。毫無疑問，活(huo)性炭(tan)(tan)雙層電(dian)容器的(de)(de)性能主要取決(jue)于其電(dian)極(ji)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)類型和(he)形式。超級電(dian)容器的(de)(de)紋(wen)理電(dian)位電(dian)極(ji)材(cai)料(liao)(liao)研究(jiu)以(yi)各種(zhong)形式進行了報道。以(yi)活(huo)性炭(tan)(tan)為材(cai)料(liao)(liao)，如活(huo)性炭(tan)(tan)、石墨(mo)烯、碳(tan)納(na)米結構，如管道和(he)纖(xian)維、來自碳(tan)化物的(de)(de)碳(tan)等。

　　此外，活(huo)性炭具(ju)有多(duo)孔結構豐富、雜原子自(zi)摻雜、物理化學(xue)穩定(ding)性和環保等優點(dian)，廣泛應(ying)用于能(neng)源相關(guan)領(ling)域，以滿足能(neng)源供應(ying)的迫(po)切(qie)需求。截至目前，堅(jian)果殼、椰殼、木材(cai)、動(dong)物骨(gu)、纖維等各種活(huo)性炭材(cai)料已被(bei)廣泛用作制造電容器的前體。大多(duo)數報告(gao)稱，活(huo)性炭的儲能(neng)性能(neng)超過了其他(ta)非活(huo)性炭材(cai)料的儲能(neng)性能(neng)。

　　活性炭的電化學性能

　　5%的電(dian)(dian)(dian)極PTFE，乙炔碳黑10%，活性炭85%。將所有(you)材料(liao)均(jun)勻混合(he)，然后在(zai)(zai)1.4MPa將其(qi)壓(ya)在(zai)(zai)鎳泡(pao)沫(mo)基材上，然后在(zai)(zai)真(zhen)空烘(hong)箱中(zhong)壓(ya)在(zai)(zai)110℃干(gan)燥12小時(shi)。每個集電(dian)(dian)(dian)器上的活性物(wu)質(zhi)量約(yue)為4.7mg·cm -2。6.通過多孔(kong)膜分離(li)M KOH對稱雙電(dian)(dian)(dian)極電(dian)(dian)(dian)池(chi)組裝電(dian)(dian)(dian)解質(zhi)水溶液。采(cai)用循環伏安法(CV)，恒電(dian)(dian)(dian)流充放電(dian)(dian)(dian)(GCD)電(dian)(dian)(dian)化學阻抗光譜(pu)(EIS)研究樣品(pin)的電(dian)(dian)(dian)容性能。在(zai)(zai)0.01Hz-100KHz在(zai)(zai)5的頻率范圍(wei)內mV在(zai)(zai)開路電(dian)(dian)(dian)位(wei)下測量范圍(wei)EIS光譜(pu)。所有(you)電(dian)(dian)(dian)化學測量均(jun)在(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)化學工作站進行。所有(you)試驗均(jun)在(zai)(zai)室溫下進行。

　　活(huo)性炭的形(xing)狀和結(jie)構

　　四個活(huo)性炭樣品(pin)(LSC-1-4)的(de)XRD圖(tu)譜顯示沒有尖銳和(he)強峰(如圖(tu)1所示)，表示所有活(huo)性炭樣品(pin)的(de)非(fei)晶(jing)狀態。一(yi)方(fang)面位(wei)于23左右°位(wei)于44的(de)寬峰和(he)寬峰°弱峰是無定形石(shi)(shi)墨(mo)(mo)碳的(de)特征峰，表明LSC樣品(pin)的(de)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)化(hua)程度有限。另(ling)一(yi)方(fang)面，以44°中(zhong)心弱峰的(de)出現(xian)表明電導率的(de)提高。特別(bie)地(di)，LSC-1在44°與其他(ta)樣品(pin)相比，觀察(cha)到的(de)尖銳峰值表明，LSC-石(shi)(shi)墨(mo)(mo)化(hua)程度提高。

　　電化學(xue)表征活性炭

　　基于活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)超(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)容器(qi)(qi)的(de)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)(yang)品(SC-LSC)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)容性(xing)(xing)(xing)，LSC-3和LSC-4通(tong)過(guo)電(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)技術序列進行(xing)評估，包括室溫下CV，GCD和EIS測(ce)試。圖(tu)(tu)2顯(xian)示了四個不同掃描(miao)速率(lv)的(de)人SC-LSC的(de)CV電(dian)(dian)(dian)(dian)勢窗的(de)范圍為(wei)0-0.8V。如(ru)所(suo)見，所(suo)有超(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)容活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)相對較低的(de)掃描(miao)速率(lv)下具有理想(xiang)的(de)矩形(xing)電(dian)(dian)(dian)(dian)容性(xing)(xing)(xing)能(neng)，即(ji)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian) - 雙層(ceng)電(dian)(dian)(dian)(dian)容器(qi)(qi)在(zai)(zai)放電(dian)(dian)(dian)(dian)過(guo)程中的(de)典型性(xing)(xing)(xing)質(zhi)。即(ji)使在(zai)(zai)500 mV·s -在(zai)(zai)1的(de)高(gao)掃描(miao)速率(lv)下，如(ru)圖(tu)(tu)2所(suo)示d，SC-LSCs的(de)CV由(you)于樣(yang)(yang)品的(de)優良導電(dian)(dian)(dian)(dian)性(xing)(xing)(xing)和低質(zhi)量傳輸(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻，曲線(xian)保持(chi)了伏(fu)安曲線(xian)的(de)準(zhun)矩形(xing)狀，幾(ji)乎沒(mei)有變形(xing)。顯(xian)然，短離(li)子通(tong)道和電(dian)(dian)(dian)(dian)解質(zhi)儲層(ceng)的(de)快速離(li)子運輸(shu)來自活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)(yang)品的(de)分層(ceng)孔(kong)結構。類似(si)地(di)，超(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)容活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)由(you)于理想(xiang)的(de)分層(ceng)多孔(kong)結構和活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)高(gao)表面(mian)積(ji)而顯(xian)示出*高(gao)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)容值。

　　碳化活(huo)化前，由纖(xian)維材料合成四種活(huo)性炭(tan)。所(suo)(suo)有(you)(you)制備的(de)(de)活(huo)性炭(tan)主要表(biao)(biao)現為微孔結構。發現通過(guo)ZnCl 2活(huo)化法(fa)制備的(de)(de)活(huo)性炭(tan)表(biao)(biao)現出(chu)*大的(de)(de)比表(biao)(biao)面積，在所(suo)(suo)有(you)(you)活(huo)性炭(tan)樣品(pin)中表(biao)(biao)現出(chu)*佳的(de)(de)電(dian)化學性能(neng)，其中0.1A·g 的(de)(de)電(dian)容(rong)為107.4F·g -1 -1.對稱雙電(dian)極電(dian)池。隨(sui)著電(dian)流密度大于(yu)1，這些活(huo)性炭(tan)基超(chao)級(ji)(ji)電(dian)容(rong)器的(de)(de)電(dian)容(rong)僅大于(yu)1A·g -而略有(you)(you)變(bian)化。所(suo)(suo)有(you)(you)超(chao)級(ji)(ji)電(dian)容(rong)器在1中顯示出(chu)優(you)異的(de)(de)電(dian)化學穩定性A·g -1的(de)(de) 充放(fang)電(dian)循環5000次后(hou)，LSC-1型超(chao)級(ji)(ji)電(dian)容(rong)器的(de)(de)電(dian)容(rong)保(bao)持(chi)在92.6%以(yi)上。這些結果表(biao)(biao)明，纖(xian)維材料是合理設計和制備具有(you)(you)高表(biao)(biao)面積和優(you)良電(dian)化學性能(neng)的(de)(de)活(huo)性炭(tan)的(de)(de)好候選人(ren)。