活性炭中(zhong)的氮與(yu)超級電(dian)容器(qi)混合

　　鋰離(li)子混合(he)超(chao)級電(dian)容(rong)器結合(he)鋰離(li)子電(dian)池(chi)和(he)超(chao)級電(dian)容(rong)器的(de)主(zhu)要優點(dian)，已成為(wei)(wei)一種極(ji)具吸引力的(de)儲能系統。石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)作為(wei)(wei)鋰離(li)子電(dian)池(chi)和(he)超(chao)級電(dian)容(rong)器中的(de)普通電(dian)極(ji)材料，提(ti)(ti)供高化學、熱(re)和(he)物(wu)理穩定性(xing)(xing)(xing)的(de)可(ke)調多孔結構，導(dao)致電(dian)導(dao)率(lv)優異，容(rong)量提(ti)(ti)高。將石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)中的(de)元(yuan)素氮混合(he)物(wu)視為(wei)(wei)進一步提(ti)(ti)高其性(xing)(xing)(xing)能。本(ben)文簡(jian)要總結了混合(he)超(chao)級電(dian)容(rong)器的(de)*新(xin)技術，重(zhong)點(dian)是使用(yong)石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)。還強(qiang)調了后續LiHSCs與石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)混合(he)的(de)氮。

　　由混合(he)超級(ji)電容器組成(cheng)

　　隨著技術設(she)備數量(liang)的增加和便攜式電(dian)(dian)子產品的發展(zhan)，全(quan)球(qiu)對智(zhi)能(neng)高效儲能(neng)系統的需求(qiu)正在迅速增長。鋰(li)離子電(dian)(dian)池(LIB)超級電(dian)(dian)容器確實是預計將應用(yong)于(yu)智(zhi)能(neng)儲能(neng)領(ling)域(yu)的絕佳候選(xuan)人。以前使用(yong)的電(dian)(dian)池電(dian)(dian)極(ji)材(cai)料(liao)包括(kuo)一些碳(tan)材(cai)料(liao)、金(jin)(jin)屬(shu)氧化物和金(jin)(jin)屬(shu)氫(qing)氧化物。而在LIHSC由于(yu)其(qi)(qi)可管理的多孔結構和高表面(mian)積，常用(yong)的電(dian)(dian)容器電(dian)(dian)極(ji)材(cai)料(liao)由活性(xing)炭(tan)組(zu)成。碳(tan)納米管納米管和石墨烯等其(qi)(qi)他(ta)材(cai)料(liao)。

　　石墨(mo)烯和(he)活性炭被廣(guang)泛研究為鋰離子混(hun)合(he)(he)超級電(dian)容(rong)器的(de)(de)(de)電(dian)極材料，因為它們具有(you)較高(gao)的(de)(de)(de)表面積，易于(yu)鋰離子插層，具有(you)優(you)異的(de)(de)(de)容(rong)量保(bao)持性、長壽命周期和(he)約(yue)束結(jie)構類型。基于(yu)石墨(mo)烯或活性炭及其復合(he)(he)材料的(de)(de)(de)電(dian)極組裝的(de)(de)(de)混(hun)合(he)(he)設備已(yi)報(bao)告高(gao)功(gong)率密度的(de)(de)(de)高(gao)能量密度。據報(bao)道，長期穩定(ding)的(de)(de)(de)循(xun)環壽命和(he)改進(jin)的(de)(de)(de)容(rong)量保(bao)留。

　　采用形態控制和元素混(hun)合，以提高石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)和活性(xing)炭基電(dian)極的(de)(de)性(xing)能(neng)。制備了0-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)量子點，1-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)納米帶(dai)(GNR)，2-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)片，3-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)和多孔(kong)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)。引(yin)入(ru)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)的(de)(de)3D為(wei)了實現改進的(de)(de)性(xing)能(neng)，交聯位點由石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)片制成π-π堆疊產(chan)生的(de)(de)。可壓縮(suo)性(xing)90%，超輕重量和高導電(dian)性(xing)3D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)氣凝膠(jiao)印刷。該方(fang)法可用于打印所(suo)需的(de)(de)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)網絡結(jie)構，以平(ping)滑混(hun)合電(dian)容器中電(dian)子和鋰離(li)子的(de)(de)路徑。如石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)中的(de)(de)元素摻雜(za)法N-，Cr，B已報(bao)道摻雜(za)活性(xing)炭具有改善的(de)(de)電(dian)化學性(xing)能(neng)。

　　N摻雜活性炭

　　氮是(shi)偽電(dian)(dian)容(rong)元(yuan)件。氮摻(chan)雜(za)被認為(wei)是(shi)將偽電(dian)(dian)容(rong)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)納入(ru)石墨烯和(he)活性(xing)(xing)(xing)炭的(de)理想(xiang)方(fang)法，用(yong)于高性(xing)(xing)(xing)能超(chao)級電(dian)(dian)容(rong)器的(de)應(ying)用(yong)。氮與(yu)碳(tan)(tan)(tan)之間的(de)電(dian)(dian)負性(xing)(xing)(xing)差(cha)異較大(da)(da)，即氮與(yu)碳(tan)(tan)(tan)之間的(de)電(dian)(dian)負性(xing)(xing)(xing)差(cha)異較大(da)(da) 3.04 ：2.55，這(zhe)導致N摻(chan)雜(za)石墨烯(NG)電(dian)(dian)影中碳(tan)(tan)(tan)網絡的(de)極(ji)化。這(zhe)種極(ji)化通過影響碳(tan)(tan)(tan)原子的(de)自旋密度和(he)電(dian)(dian)荷分布(bu)而導致活化區NG電(dian)(dian)化學反(fan)應(ying)發(fa)生(sheng)在表面。氮摻(chan)雜(za)劑打開導帶與(yu)價帶之間的(de)帶隙(xi)(xi)，使費米(mi)能級高于狄拉克(ke)點。這(zhe)種帶隙(xi)(xi)使NG成為(wei)電(dian)(dian)子和(he)半導體應(ying)用(yong)的(de)合(he)適候選人。簡(jian)而言(yan)之，作(zuo)為(wei)極(ji)化的(de)結果，石墨烯的(de)電(dian)(dian)子、磁性(xing)(xing)(xing)、光(guang)學、電(dian)(dian)化學性(xing)(xing)(xing)質(zhi)發(fa)生(sheng)了(le)變化。

　　與電(dian)容(rong)(rong)器相比，活性(xing)(xing)(xing)炭中的(de)(de)氮(dan)摻雜增加。由(you)于含(han)有官(guan)能團氮(dan)的(de)(de)法(fa)拉(la)第(di)反應孔的(de)(de)改善(shan)，其潤濕性(xing)(xing)(xing)不僅提高(gao)了(le)活性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)導電(dian)性(xing)(xing)(xing)，而且增加了(le)混合(he)氮(dan)的(de)(de)電(dian)容(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)。氨*常用于活性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)熱(re)處(chu)理，以混合(he)氮(dan)氣(NH 3)。石墨烯和活性(xing)(xing)(xing)炭中的(de)(de)氮(dan)混合(he)進一步(bu)增強了(le)使用NG或(huo)氮(dan)與活性(xing)(xing)(xing)炭混合(he)(NAC)復合(he)材料組裝的(de)(de)電(dian)極(ji)的(de)(de)電(dian)化(hua)學活性(xing)(xing)(xing)。基于NG和NAC毫無疑問，電(dian)極(ji)的(de)(de)混合(he)器具有電(dian)化(hua)學性(xing)(xing)(xing)能。

　　活(huo)性炭的N摻(chan)雜可以進一步提高活(huo)性炭的性能。首次使用(yong)氮(dan)摻(chan)活(huo)性炭(高達29000m 2 g -1的超高表面積，4重量%氮(dan))作(zuo)為(wei)(wei)LiHSC使用(yong)陰(yin)極(ji)材料Si / C陰(yin)極(ji)和陽極(ji)的質量比(bi)為(wei)(wei)2 : 1 負(fu)極(ji)材料中的有機電(dian)解(jie)質。采用(yong)氨作(zuo)為(wei)(wei)氮(dan)前(qian)體(ti)，預處(chu)理(li)材料作(zuo)為(wei)(wei)活(huo)性炭前(qian)體(ti)，并在不同溫(wen)度(du)(du)下(xia)退火。他們在1747-30 127 W kg下(xia)實現了(le)230-141 W h kg -能量密度(du)(du)-1功率密度(du)(du)。

　　總(zong)之，由(you)于鋰電(dian)池的(de)(de)電(dian)化學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)高(gao)，循環壽命長(chang)，Li-HSC它(ta)確實(shi)是(shi)一(yi)個有(you)前途的(de)(de)儲(chu)能(neng)(neng)系統(tong)(tong)。與包括LIB，SC，與所(suo)有(you)其(qi)他(ta)儲(chu)能(neng)(neng)裝置相比，裝置相比，LIHSC它(ta)是(shi)**能(neng)(neng)提供高(gao)能(neng)(neng)量(liang)密度(du)和(he)(he)高(gao)功(gong)率密度(du)的(de)(de)儲(chu)能(neng)(neng)系統(tong)(tong)，因此具(ju)有(you)滿(man)足(zu)智能(neng)(neng)儲(chu)能(neng)(neng)系統(tong)(tong)需(xu)求的(de)(de)潛力。石墨(mo)(mo)烯和(he)(he)活性(xing)(xing)炭具(ju)有(you)高(gao)熱和(he)(he)物理穩定性(xing)(xing)、可調多孔結構和(he)(he)高(gao)表面積LIHSC有(you)很大的(de)(de)應用。氮摻雜具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)意義，因為基(ji)于氮摻雜石墨(mo)(mo)烯和(he)(he)活性(xing)(xing)炭電(dian)極的(de)(de)高(gao)能(neng)(neng)密度(du)。氮摻雜劑組(zu)數越多，電(dian)極能(neng)(neng)量(liang)密度(du)越高(gao)。這種高(gao)能(neng)(neng)量(liang)密度(du)是(shi)由(you)于氮基(ji)團的(de)(de)法拉第反應和(he)(he)孔壁的(de)(de)改善。氮摻雜還增(zeng)加了(le)碳原子(zi)的(de)(de)導電(dian)性(xing)(xing)，提高(gao)了(le)電(dian)極的(de)(de)容(rong)量(liang)。由(you)于氮誘導的(de)(de)額外電(dian)荷存儲(chu)機制，所(suo)有(you)其(qi)他(ta)電(dian)極都具(ju)有(you)更好的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。然而，混(hun)合百分比的(de)(de)影響尚未得到解釋。