活性炭中的(de)氮與(yu)超級電容器混合(he)

　　鋰離子混合(he)(he)超(chao)級電(dian)容(rong)(rong)器(qi)結合(he)(he)鋰離子電(dian)池和(he)(he)(he)超(chao)級電(dian)容(rong)(rong)器(qi)的(de)主要優(you)點，已(yi)成為(wei)(wei)一(yi)種極具(ju)吸引(yin)力的(de)儲能系統。石墨(mo)(mo)烯(xi)和(he)(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭作為(wei)(wei)鋰離子電(dian)池和(he)(he)(he)超(chao)級電(dian)容(rong)(rong)器(qi)中(zhong)(zhong)的(de)普(pu)通(tong)電(dian)極材料，提(ti)供(gong)高化學、熱和(he)(he)(he)物(wu)理穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)可調(diao)多孔結構，導致電(dian)導率優(you)異，容(rong)(rong)量提(ti)高。將石墨(mo)(mo)烯(xi)和(he)(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭中(zhong)(zhong)的(de)元素氮(dan)混合(he)(he)物(wu)視為(wei)(wei)進一(yi)步提(ti)高其性(xing)(xing)(xing)(xing)能。本文(wen)簡要總結了混合(he)(he)超(chao)級電(dian)容(rong)(rong)器(qi)的(de)*新技術(shu)，重點是使用石墨(mo)(mo)烯(xi)和(he)(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭。還強(qiang)調(diao)了后(hou)續LiHSCs與石墨(mo)(mo)烯(xi)和(he)(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭混合(he)(he)的(de)氮(dan)。

　　由(you)混合超級電容器組成(cheng)

　　隨著(zhu)技(ji)術設備數量的(de)(de)(de)增(zeng)加和便攜(xie)式(shi)電(dian)子產品的(de)(de)(de)發展，全球對智能(neng)(neng)高效儲能(neng)(neng)系統的(de)(de)(de)需求正在迅(xun)速增(zeng)長。鋰(li)離(li)子電(dian)池(LIB)超級電(dian)容器確實(shi)是預計將(jiang)應用于智能(neng)(neng)儲能(neng)(neng)領域的(de)(de)(de)絕佳候選人。以前使用的(de)(de)(de)電(dian)池電(dian)極材料(liao)(liao)包括一些碳材料(liao)(liao)、金(jin)(jin)屬氧(yang)化(hua)物(wu)和金(jin)(jin)屬氫氧(yang)化(hua)物(wu)。而在LIHSC由于其可管理的(de)(de)(de)多(duo)孔結構(gou)和高表面積，常用的(de)(de)(de)電(dian)容器電(dian)極材料(liao)(liao)由活性(xing)炭組成。碳納(na)米管納(na)米管和石墨烯(xi)等其他材料(liao)(liao)。

　　石墨(mo)烯和活性炭被廣泛研(yan)究(jiu)為(wei)鋰離子混(hun)合(he)(he)超級電(dian)容(rong)器(qi)的(de)電(dian)極(ji)材料，因為(wei)它們具有較高的(de)表面積，易于(yu)(yu)鋰離子插層，具有優(you)異的(de)容(rong)量(liang)保持(chi)性、長壽(shou)命(ming)周期和約束結構類型(xing)。基于(yu)(yu)石墨(mo)烯或活性炭及其復合(he)(he)材料的(de)電(dian)極(ji)組裝的(de)混(hun)合(he)(he)設備已(yi)報(bao)告(gao)高功率密度(du)的(de)高能量(liang)密度(du)。據報(bao)道，長期穩定的(de)循(xun)環壽(shou)命(ming)和改(gai)進的(de)容(rong)量(liang)保留(liu)。

　　采用(yong)形(xing)態控制(zhi)和(he)(he)元(yuan)素(su)混合，以提高石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)和(he)(he)活(huo)性(xing)炭基電(dian)極的(de)(de)性(xing)能。制(zhi)備了0-D石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)量(liang)子(zi)點(dian)，1-D石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)納米帶(GNR)，2-D石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)片，3-D石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)和(he)(he)多孔石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)。引入(ru)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)的(de)(de)3D為了實現改(gai)(gai)進(jin)的(de)(de)性(xing)能，交聯位點(dian)由(you)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)片制(zhi)成π-π堆疊(die)產生的(de)(de)。可壓縮(suo)性(xing)90%，超(chao)輕重量(liang)和(he)(he)高導電(dian)性(xing)3D石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)氣凝膠印刷。該(gai)方法可用(yong)于打印所需的(de)(de)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)網絡結構，以平滑混合電(dian)容(rong)器中(zhong)電(dian)子(zi)和(he)(he)鋰離子(zi)的(de)(de)路徑。如石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)中(zhong)的(de)(de)元(yuan)素(su)摻雜法N-，Cr，B已報道摻雜活(huo)性(xing)炭具有改(gai)(gai)善(shan)的(de)(de)電(dian)化學性(xing)能。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)(dan)是(shi)偽電(dian)容元件。氮(dan)(dan)摻雜(za)(za)被(bei)認為(wei)是(shi)將(jiang)偽電(dian)容性(xing)(xing)質納入石(shi)墨(mo)烯(xi)和活(huo)性(xing)(xing)炭的(de)理想(xiang)方法，用于高(gao)性(xing)(xing)能(neng)(neng)超級電(dian)容器的(de)應(ying)(ying)用。氮(dan)(dan)與碳(tan)之(zhi)間的(de)電(dian)負性(xing)(xing)差異(yi)較大(da)，即氮(dan)(dan)與碳(tan)之(zhi)間的(de)電(dian)負性(xing)(xing)差異(yi)較大(da) 3.04 ：2.55，這導致N摻雜(za)(za)石(shi)墨(mo)烯(xi)(NG)電(dian)影中(zhong)碳(tan)網(wang)絡的(de)極化。這種極化通過影響(xiang)碳(tan)原(yuan)子(zi)的(de)自旋密度和電(dian)荷分布而(er)導致活(huo)化區NG電(dian)化學反應(ying)(ying)發生在表(biao)面(mian)。氮(dan)(dan)摻雜(za)(za)劑(ji)打(da)開導帶與價帶之(zhi)間的(de)帶隙，使費米能(neng)(neng)級高(gao)于狄拉克點(dian)。這種帶隙使NG成為(wei)電(dian)子(zi)和半導體應(ying)(ying)用的(de)合(he)適候選人。簡而(er)言之(zhi)，作為(wei)極化的(de)結果，石(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)電(dian)子(zi)、磁性(xing)(xing)、光學、電(dian)化學性(xing)(xing)質發生了變(bian)化。

　　與電(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)相比，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中的氮(dan)(dan)(dan)(dan)摻雜增加(jia)。由于含有(you)(you)官能團氮(dan)(dan)(dan)(dan)的法(fa)拉第反(fan)應(ying)孔的改善，其潤濕性(xing)(xing)不僅提高了(le)(le)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的導電(dian)(dian)(dian)性(xing)(xing)，而且增加(jia)了(le)(le)混(hun)合(he)氮(dan)(dan)(dan)(dan)的電(dian)(dian)(dian)容(rong)性(xing)(xing)。氨*常(chang)用于活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的熱處理，以混(hun)合(he)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣(NH 3)。石墨烯(xi)和活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中的氮(dan)(dan)(dan)(dan)混(hun)合(he)進一(yi)步增強了(le)(le)使用NG或氮(dan)(dan)(dan)(dan)與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)混(hun)合(he)(NAC)復合(he)材料組(zu)裝的電(dian)(dian)(dian)極的電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)活(huo)性(xing)(xing)。基于NG和NAC毫無疑問，電(dian)(dian)(dian)極的混(hun)合(he)器(qi)具有(you)(you)電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)性(xing)(xing)能。

　　活(huo)(huo)性炭(tan)的N摻(chan)雜可以進一步(bu)提(ti)高(gao)活(huo)(huo)性炭(tan)的性能。首次使(shi)用(yong)氮摻(chan)活(huo)(huo)性炭(tan)(高(gao)達29000m 2 g -1的超高(gao)表面積，4重量%氮)作(zuo)為(wei)(wei)LiHSC使(shi)用(yong)陰極材(cai)(cai)料(liao)Si / C陰極和陽極的質量比為(wei)(wei)2 : 1 負(fu)極材(cai)(cai)料(liao)中的有機電解質。采用(yong)氨作(zuo)為(wei)(wei)氮前體，預處(chu)理材(cai)(cai)料(liao)作(zuo)為(wei)(wei)活(huo)(huo)性炭(tan)前體，并在不(bu)同(tong)溫度(du)(du)下退(tui)火。他(ta)們在1747-30 127 W kg下實現了230-141 W h kg -能量密(mi)度(du)(du)-1功率密(mi)度(du)(du)。

　　總之(zhi)，由(you)于(yu)鋰電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)電(dian)(dian)化(hua)學性(xing)能(neng)(neng)(neng)高(gao)(gao)，循環壽命長，Li-HSC它確(que)實是(shi)(shi)一個有(you)前途(tu)的(de)(de)(de)儲能(neng)(neng)(neng)系(xi)統。與(yu)包括(kuo)LIB，SC，與(yu)所(suo)有(you)其他儲能(neng)(neng)(neng)裝置相比(bi)，裝置相比(bi)，LIHSC它是(shi)(shi)**能(neng)(neng)(neng)提供(gong)高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)量(liang)密(mi)度和(he)(he)高(gao)(gao)功率密(mi)度的(de)(de)(de)儲能(neng)(neng)(neng)系(xi)統，因此具有(you)滿足智能(neng)(neng)(neng)儲能(neng)(neng)(neng)系(xi)統需求的(de)(de)(de)潛(qian)力。石(shi)墨(mo)烯和(he)(he)活性(xing)炭具有(you)高(gao)(gao)熱和(he)(he)物理穩(wen)定性(xing)、可調多(duo)孔(kong)結構和(he)(he)高(gao)(gao)表面積LIHSC有(you)很(hen)大的(de)(de)(de)應用。氮(dan)(dan)摻(chan)雜(za)(za)具有(you)重要意(yi)義，因為基于(yu)氮(dan)(dan)摻(chan)雜(za)(za)石(shi)墨(mo)烯和(he)(he)活性(xing)炭電(dian)(dian)極的(de)(de)(de)高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)密(mi)度。氮(dan)(dan)摻(chan)雜(za)(za)劑組數越多(duo)，電(dian)(dian)極能(neng)(neng)(neng)量(liang)密(mi)度越高(gao)(gao)。這種(zhong)高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)量(liang)密(mi)度是(shi)(shi)由(you)于(yu)氮(dan)(dan)基團的(de)(de)(de)法拉第反應和(he)(he)孔(kong)壁的(de)(de)(de)改善。氮(dan)(dan)摻(chan)雜(za)(za)還增(zeng)加了碳原子的(de)(de)(de)導電(dian)(dian)性(xing)，提高(gao)(gao)了電(dian)(dian)極的(de)(de)(de)容(rong)量(liang)。由(you)于(yu)氮(dan)(dan)誘導的(de)(de)(de)額(e)外電(dian)(dian)荷(he)存儲機制(zhi)，所(suo)有(you)其他電(dian)(dian)極都具有(you)更好的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)。然而，混(hun)合(he)百分比(bi)的(de)(de)(de)影響(xiang)尚未得到解釋。