活性炭中的氮(dan)與(yu)超(chao)級電容器混合

　　鋰(li)離(li)(li)子混(hun)(hun)合(he)(he)超級(ji)(ji)電容(rong)(rong)器結(jie)(jie)合(he)(he)鋰(li)離(li)(li)子電池和(he)超級(ji)(ji)電容(rong)(rong)器的(de)主要優(you)點(dian)，已(yi)成為一種極(ji)具(ju)吸引力(li)的(de)儲能系統。石(shi)墨烯和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)作為鋰(li)離(li)(li)子電池和(he)超級(ji)(ji)電容(rong)(rong)器中(zhong)的(de)普(pu)通電極(ji)材料，提供(gong)高(gao)(gao)化學、熱和(he)物理穩(wen)定性(xing)的(de)可調多孔結(jie)(jie)構，導(dao)致(zhi)電導(dao)率優(you)異，容(rong)(rong)量提高(gao)(gao)。將石(shi)墨烯和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中(zhong)的(de)元素氮混(hun)(hun)合(he)(he)物視為進一步提高(gao)(gao)其性(xing)能。本文簡要總結(jie)(jie)了混(hun)(hun)合(he)(he)超級(ji)(ji)電容(rong)(rong)器的(de)*新(xin)技術，重點(dian)是使用石(shi)墨烯和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)。還強調了后續LiHSCs與(yu)石(shi)墨烯和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)混(hun)(hun)合(he)(he)的(de)氮。

　　由混合(he)超級電容器組(zu)成

　　隨著(zhu)技(ji)術設備數量的(de)(de)(de)增(zeng)加和(he)便攜式電(dian)子產品的(de)(de)(de)發展(zhan)，全球對智能(neng)(neng)高(gao)效儲(chu)能(neng)(neng)系統(tong)的(de)(de)(de)需求正在(zai)迅(xun)速增(zeng)長(chang)。鋰離(li)子電(dian)池(LIB)超級(ji)電(dian)容器(qi)確實是預(yu)計(ji)將應用(yong)于(yu)智能(neng)(neng)儲(chu)能(neng)(neng)領(ling)域的(de)(de)(de)絕佳候選人(ren)。以(yi)前使用(yong)的(de)(de)(de)電(dian)池電(dian)極材(cai)(cai)料包括一些碳(tan)材(cai)(cai)料、金屬(shu)氧(yang)化物和(he)金屬(shu)氫氧(yang)化物。而(er)在(zai)LIHSC由(you)于(yu)其(qi)可管(guan)理的(de)(de)(de)多孔結(jie)構和(he)高(gao)表面(mian)積(ji)，常用(yong)的(de)(de)(de)電(dian)容器(qi)電(dian)極材(cai)(cai)料由(you)活(huo)性(xing)炭(tan)組成。碳(tan)納米管(guan)納米管(guan)和(he)石墨烯等(deng)其(qi)他材(cai)(cai)料。

　　石(shi)墨烯(xi)和(he)活性(xing)(xing)炭(tan)被廣(guang)泛研究為鋰(li)離子(zi)(zi)混(hun)合(he)超級(ji)電容器的(de)(de)(de)電極材料，因(yin)為它們具有較高(gao)的(de)(de)(de)表面積，易于鋰(li)離子(zi)(zi)插(cha)層(ceng)，具有優異的(de)(de)(de)容量保(bao)持(chi)性(xing)(xing)、長(chang)壽命周(zhou)期(qi)(qi)和(he)約束結構類(lei)型。基于石(shi)墨烯(xi)或活性(xing)(xing)炭(tan)及其復合(he)材料的(de)(de)(de)電極組(zu)裝(zhuang)的(de)(de)(de)混(hun)合(he)設備已報告高(gao)功率(lv)密(mi)度的(de)(de)(de)高(gao)能量密(mi)度。據報道，長(chang)期(qi)(qi)穩定(ding)的(de)(de)(de)循環壽命和(he)改進的(de)(de)(de)容量保(bao)留。

　　采用形態控(kong)制和(he)(he)元(yuan)素(su)(su)混合，以(yi)提高石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)和(he)(he)活(huo)性(xing)炭基(ji)電(dian)(dian)極的(de)(de)性(xing)能(neng)。制備了0-D石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)量(liang)子點(dian)，1-D石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)納米(mi)帶(GNR)，2-D石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)片，3-D石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)和(he)(he)多孔石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)。引入石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)的(de)(de)3D為了實現改進的(de)(de)性(xing)能(neng)，交聯位點(dian)由石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)片制成π-π堆疊(die)產(chan)生的(de)(de)。可(ke)壓縮性(xing)90%，超輕重量(liang)和(he)(he)高導電(dian)(dian)性(xing)3D石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)氣凝膠印刷。該(gai)方法(fa)可(ke)用于打(da)印所需的(de)(de)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)網絡結構(gou)，以(yi)平(ping)滑混合電(dian)(dian)容(rong)器中電(dian)(dian)子和(he)(he)鋰(li)離子的(de)(de)路徑。如石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)中的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)摻(chan)雜法(fa)N-，Cr，B已報道摻(chan)雜活(huo)性(xing)炭具(ju)有(you)改善的(de)(de)電(dian)(dian)化學(xue)性(xing)能(neng)。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)是偽(wei)電(dian)(dian)容元件。氮(dan)摻雜被(bei)認為是將偽(wei)電(dian)(dian)容性(xing)質(zhi)(zhi)納入石墨(mo)烯和活(huo)(huo)性(xing)炭的(de)理想方(fang)法，用于高(gao)性(xing)能超級電(dian)(dian)容器的(de)應用。氮(dan)與(yu)碳(tan)(tan)之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)電(dian)(dian)負性(xing)差(cha)異較(jiao)大，即氮(dan)與(yu)碳(tan)(tan)之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)電(dian)(dian)負性(xing)差(cha)異較(jiao)大 3.04 ：2.55，這(zhe)導致N摻雜石墨(mo)烯(NG)電(dian)(dian)影中碳(tan)(tan)網絡(luo)的(de)極化(hua)。這(zhe)種極化(hua)通過影響碳(tan)(tan)原子的(de)自旋(xuan)密度和電(dian)(dian)荷(he)分布(bu)而導致活(huo)(huo)化(hua)區NG電(dian)(dian)化(hua)學反(fan)應發生在表面。氮(dan)摻雜劑打開(kai)導帶(dai)與(yu)價帶(dai)之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)帶(dai)隙，使(shi)費米能級高(gao)于狄(di)拉(la)克點。這(zhe)種帶(dai)隙使(shi)NG成為電(dian)(dian)子和半導體應用的(de)合適候(hou)選人。簡(jian)而言之(zhi)(zhi)，作(zuo)為極化(hua)的(de)結果，石墨(mo)烯的(de)電(dian)(dian)子、磁性(xing)、光(guang)學、電(dian)(dian)化(hua)學性(xing)質(zhi)(zhi)發生了變化(hua)。

　　與電(dian)(dian)容器(qi)相(xiang)比，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中的(de)氮(dan)(dan)(dan)摻雜增(zeng)加。由于(yu)含有(you)官(guan)能團氮(dan)(dan)(dan)的(de)法拉第反(fan)應孔的(de)改善(shan)，其潤濕性(xing)(xing)(xing)不(bu)僅提(ti)高(gao)了活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)導電(dian)(dian)性(xing)(xing)(xing)，而且增(zeng)加了混(hun)(hun)合(he)(he)氮(dan)(dan)(dan)的(de)電(dian)(dian)容性(xing)(xing)(xing)。氨*常用于(yu)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)熱處理(li)，以混(hun)(hun)合(he)(he)氮(dan)(dan)(dan)氣(NH 3)。石(shi)墨烯和(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中的(de)氮(dan)(dan)(dan)混(hun)(hun)合(he)(he)進一步增(zeng)強了使(shi)用NG或(huo)氮(dan)(dan)(dan)與活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)混(hun)(hun)合(he)(he)(NAC)復合(he)(he)材(cai)料組裝的(de)電(dian)(dian)極(ji)的(de)電(dian)(dian)化學活(huo)性(xing)(xing)(xing)。基(ji)于(yu)NG和(he)NAC毫無(wu)疑問，電(dian)(dian)極(ji)的(de)混(hun)(hun)合(he)(he)器(qi)具有(you)電(dian)(dian)化學性(xing)(xing)(xing)能。

　　活性(xing)炭(tan)的N摻雜可以(yi)進一步提(ti)高活性(xing)炭(tan)的性(xing)能(neng)。首(shou)次使用(yong)氮摻活性(xing)炭(tan)(高達29000m 2 g -1的超(chao)高表面積，4重量%氮)作為LiHSC使用(yong)陰極材(cai)(cai)(cai)料Si / C陰極和陽極的質(zhi)量比為2 : 1 負極材(cai)(cai)(cai)料中(zhong)的有機(ji)電(dian)解質(zhi)。采(cai)用(yong)氨(an)作為氮前體，預(yu)處理材(cai)(cai)(cai)料作為活性(xing)炭(tan)前體，并在不同溫度(du)(du)下退火。他們在1747-30 127 W kg下實現了(le)230-141 W h kg -能(neng)量密(mi)度(du)(du)-1功率密(mi)度(du)(du)。

　　總(zong)之，由(you)于(yu)鋰電池的(de)(de)電化(hua)學性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)高(gao)，循環壽(shou)命長，Li-HSC它(ta)確實是一(yi)個有(you)(you)前途的(de)(de)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)系(xi)統(tong)。與(yu)包括(kuo)LIB，SC，與(yu)所有(you)(you)其他儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)裝置(zhi)相比(bi)，裝置(zhi)相比(bi)，LIHSC它(ta)是**能(neng)(neng)(neng)(neng)提(ti)供高(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)量密(mi)(mi)度(du)和高(gao)功率密(mi)(mi)度(du)的(de)(de)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)系(xi)統(tong)，因(yin)此具(ju)(ju)(ju)有(you)(you)滿足智能(neng)(neng)(neng)(neng)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)系(xi)統(tong)需(xu)求(qiu)的(de)(de)潛力。石(shi)墨烯和活性(xing)炭具(ju)(ju)(ju)有(you)(you)高(gao)熱和物理穩定性(xing)、可調(diao)多孔結(jie)構和高(gao)表(biao)面(mian)積(ji)LIHSC有(you)(you)很大(da)的(de)(de)應用。氮(dan)(dan)(dan)(dan)摻雜(za)(za)具(ju)(ju)(ju)有(you)(you)重要意義，因(yin)為基于(yu)氮(dan)(dan)(dan)(dan)摻雜(za)(za)石(shi)墨烯和活性(xing)炭電極(ji)(ji)的(de)(de)高(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)密(mi)(mi)度(du)。氮(dan)(dan)(dan)(dan)摻雜(za)(za)劑組數越多，電極(ji)(ji)能(neng)(neng)(neng)(neng)量密(mi)(mi)度(du)越高(gao)。這種高(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)量密(mi)(mi)度(du)是由(you)于(yu)氮(dan)(dan)(dan)(dan)基團的(de)(de)法(fa)拉第反應和孔壁的(de)(de)改善。氮(dan)(dan)(dan)(dan)摻雜(za)(za)還增加了(le)碳(tan)原子(zi)的(de)(de)導電性(xing)，提(ti)高(gao)了(le)電極(ji)(ji)的(de)(de)容量。由(you)于(yu)氮(dan)(dan)(dan)(dan)誘(you)導的(de)(de)額外電荷存儲(chu)機(ji)制，所有(you)(you)其他電極(ji)(ji)都具(ju)(ju)(ju)有(you)(you)更好的(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。然而，混(hun)合(he)百分比(bi)的(de)(de)影(ying)響尚未得到解釋。