活性炭中的(de)氮與超級(ji)電容器混合

　　鋰(li)離子混合超級(ji)電(dian)(dian)容器結合鋰(li)離子電(dian)(dian)池和(he)超級(ji)電(dian)(dian)容器的(de)主(zhu)要優點，已成為(wei)一種極具吸(xi)引(yin)力的(de)儲能(neng)系統。石墨(mo)烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭作為(wei)鋰(li)離子電(dian)(dian)池和(he)超級(ji)電(dian)(dian)容器中的(de)普通電(dian)(dian)極材料，提(ti)供高化學、熱和(he)物理穩定性(xing)(xing)(xing)的(de)可(ke)調多孔結構，導(dao)致(zhi)電(dian)(dian)導(dao)率優異(yi)，容量提(ti)高。將石墨(mo)烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭中的(de)元素氮(dan)混合物視為(wei)進(jin)一步(bu)提(ti)高其性(xing)(xing)(xing)能(neng)。本文簡要總結了(le)混合超級(ji)電(dian)(dian)容器的(de)*新技術(shu)，重點是(shi)使用(yong)石墨(mo)烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭。還強調了(le)后續LiHSCs與(yu)石墨(mo)烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭混合的(de)氮(dan)。

　　由混(hun)合超級(ji)電(dian)容器組成(cheng)

　　隨著技術設備(bei)數量的增加和(he)便攜式電子產品的發展，全(quan)球對智(zhi)能(neng)高效(xiao)儲能(neng)系統的需求正在迅速增長(chang)。鋰離子電池(LIB)超級(ji)電容(rong)(rong)器(qi)確實是(shi)預計將(jiang)應用(yong)于智(zhi)能(neng)儲能(neng)領域的絕佳候選人。以前使用(yong)的電池電極(ji)材(cai)(cai)料(liao)包括一(yi)些(xie)碳(tan)材(cai)(cai)料(liao)、金屬氧(yang)化(hua)物和(he)金屬氫氧(yang)化(hua)物。而(er)在LIHSC由于其(qi)可管(guan)理的多孔結構和(he)高表面(mian)積，常用(yong)的電容(rong)(rong)器(qi)電極(ji)材(cai)(cai)料(liao)由活性炭組成(cheng)。碳(tan)納(na)米(mi)管(guan)納(na)米(mi)管(guan)和(he)石墨烯等(deng)其(qi)他(ta)材(cai)(cai)料(liao)。

　　石墨烯和活性(xing)(xing)炭被廣泛研究為鋰(li)離子混合(he)(he)(he)超級電(dian)(dian)容(rong)器(qi)的(de)(de)電(dian)(dian)極材料，因為它們(men)具有較(jiao)高的(de)(de)表面積，易于鋰(li)離子插(cha)層，具有優異(yi)的(de)(de)容(rong)量保持性(xing)(xing)、長(chang)(chang)壽命周期和約束結(jie)構類型。基(ji)于石墨烯或活性(xing)(xing)炭及其復合(he)(he)(he)材料的(de)(de)電(dian)(dian)極組裝的(de)(de)混合(he)(he)(he)設備已報(bao)告高功率(lv)密(mi)(mi)度(du)的(de)(de)高能(neng)量密(mi)(mi)度(du)。據報(bao)道，長(chang)(chang)期穩定(ding)的(de)(de)循環壽命和改進的(de)(de)容(rong)量保留。

　　采用形態控制(zhi)和元(yuan)素(su)混(hun)合，以提高石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯和活性炭(tan)基電極的性能(neng)。制(zhi)備了0-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯量(liang)子點，1-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯納米(mi)帶(GNR)，2-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯片，3-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯和多孔石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯。引入石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯的3D為了實(shi)現改進的性能(neng)，交(jiao)聯位(wei)點由石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯片制(zhi)成(cheng)π-π堆(dui)疊產(chan)生的。可壓縮(suo)性90%，超輕重量(liang)和高導電性3D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯氣凝膠印刷。該方法可用于打印所需(xu)的石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯網絡結構(gou)，以平滑混(hun)合電容器中電子和鋰離子的路徑。如石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯中的元(yuan)素(su)摻雜法N-，Cr，B已報道摻雜活性炭(tan)具有改善的電化學(xue)性能(neng)。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)(dan)(dan)是(shi)偽電(dian)(dian)(dian)容(rong)元件。氮(dan)(dan)(dan)摻(chan)雜被認為(wei)是(shi)將偽電(dian)(dian)(dian)容(rong)性(xing)質(zhi)納入石(shi)墨烯和(he)活(huo)性(xing)炭的理想方法，用于(yu)高性(xing)能超級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器的應(ying)用。氮(dan)(dan)(dan)與(yu)碳(tan)之間(jian)(jian)的電(dian)(dian)(dian)負(fu)性(xing)差異(yi)較大，即(ji)氮(dan)(dan)(dan)與(yu)碳(tan)之間(jian)(jian)的電(dian)(dian)(dian)負(fu)性(xing)差異(yi)較大 3.04 ：2.55，這(zhe)導(dao)(dao)致N摻(chan)雜石(shi)墨烯(NG)電(dian)(dian)(dian)影中碳(tan)網絡的極(ji)(ji)(ji)化(hua)。這(zhe)種(zhong)極(ji)(ji)(ji)化(hua)通(tong)過影響碳(tan)原(yuan)子的自旋密度和(he)電(dian)(dian)(dian)荷分(fen)布而(er)導(dao)(dao)致活(huo)化(hua)區NG電(dian)(dian)(dian)化(hua)學反應(ying)發生在表面(mian)。氮(dan)(dan)(dan)摻(chan)雜劑打開導(dao)(dao)帶與(yu)價帶之間(jian)(jian)的帶隙，使(shi)費(fei)米能級高于(yu)狄拉克點(dian)。這(zhe)種(zhong)帶隙使(shi)NG成(cheng)為(wei)電(dian)(dian)(dian)子和(he)半導(dao)(dao)體應(ying)用的合適候(hou)選人。簡而(er)言之，作為(wei)極(ji)(ji)(ji)化(hua)的結果，石(shi)墨烯的電(dian)(dian)(dian)子、磁(ci)性(xing)、光學、電(dian)(dian)(dian)化(hua)學性(xing)質(zhi)發生了變化(hua)。

　　與(yu)電(dian)(dian)容器(qi)相比，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)的氮摻(chan)雜增(zeng)加。由于含有(you)官(guan)能團(tuan)氮的法(fa)拉第反(fan)應孔的改善，其潤(run)濕性(xing)不僅(jin)提(ti)高了(le)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的導電(dian)(dian)性(xing)，而且(qie)增(zeng)加了(le)混合(he)氮的電(dian)(dian)容性(xing)。氨*常用于活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的熱處理(li)，以混合(he)氮氣(qi)(NH 3)。石墨烯和活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)的氮混合(he)進(jin)一步增(zeng)強(qiang)了(le)使用NG或(huo)氮與(yu)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)混合(he)(NAC)復合(he)材料組裝的電(dian)(dian)極的電(dian)(dian)化學活(huo)(huo)性(xing)。基于NG和NAC毫無(wu)疑問，電(dian)(dian)極的混合(he)器(qi)具有(you)電(dian)(dian)化學性(xing)能。

　　活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)N摻(chan)雜(za)可以進一步提高活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)。首次使(shi)用氮(dan)摻(chan)活(huo)性(xing)炭(tan)(高達29000m 2 g -1的(de)(de)(de)超高表面(mian)積，4重量(liang)%氮(dan))作為(wei)(wei)LiHSC使(shi)用陰(yin)極(ji)材料Si / C陰(yin)極(ji)和陽極(ji)的(de)(de)(de)質量(liang)比為(wei)(wei)2 : 1 負極(ji)材料中(zhong)的(de)(de)(de)有機電(dian)解質。采(cai)用氨(an)作為(wei)(wei)氮(dan)前(qian)體(ti)，預處(chu)理材料作為(wei)(wei)活(huo)性(xing)炭(tan)前(qian)體(ti)，并在(zai)不同溫度(du)下(xia)退火。他們在(zai)1747-30 127 W kg下(xia)實現了(le)230-141 W h kg -能(neng)量(liang)密(mi)度(du)-1功率密(mi)度(du)。

　　總(zong)之(zhi)，由于鋰電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)電(dian)(dian)化學性(xing)(xing)能(neng)高(gao)(gao)(gao)，循環壽(shou)命長，Li-HSC它(ta)確(que)實是(shi)一(yi)個有(you)前(qian)途的(de)(de)(de)儲能(neng)系(xi)統(tong)。與包括LIB，SC，與所有(you)其他(ta)儲能(neng)裝(zhuang)置相比，裝(zhuang)置相比，LIHSC它(ta)是(shi)**能(neng)提供高(gao)(gao)(gao)能(neng)量(liang)密(mi)(mi)度和高(gao)(gao)(gao)功率密(mi)(mi)度的(de)(de)(de)儲能(neng)系(xi)統(tong)，因(yin)此(ci)具(ju)有(you)滿(man)足智(zhi)能(neng)儲能(neng)系(xi)統(tong)需求的(de)(de)(de)潛力。石(shi)墨烯和活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)具(ju)有(you)高(gao)(gao)(gao)熱和物理穩定(ding)性(xing)(xing)、可調(diao)多孔(kong)(kong)結(jie)構和高(gao)(gao)(gao)表面(mian)積LIHSC有(you)很大的(de)(de)(de)應用(yong)。氮(dan)(dan)(dan)摻(chan)(chan)雜具(ju)有(you)重要意義(yi)，因(yin)為基(ji)(ji)于氮(dan)(dan)(dan)摻(chan)(chan)雜石(shi)墨烯和活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)電(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)能(neng)密(mi)(mi)度。氮(dan)(dan)(dan)摻(chan)(chan)雜劑組數(shu)越多，電(dian)(dian)極(ji)能(neng)量(liang)密(mi)(mi)度越高(gao)(gao)(gao)。這種高(gao)(gao)(gao)能(neng)量(liang)密(mi)(mi)度是(shi)由于氮(dan)(dan)(dan)基(ji)(ji)團的(de)(de)(de)法拉第反應和孔(kong)(kong)壁的(de)(de)(de)改善。氮(dan)(dan)(dan)摻(chan)(chan)雜還增加(jia)了(le)碳原(yuan)子的(de)(de)(de)導(dao)電(dian)(dian)性(xing)(xing)，提高(gao)(gao)(gao)了(le)電(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)容量(liang)。由于氮(dan)(dan)(dan)誘導(dao)的(de)(de)(de)額(e)外電(dian)(dian)荷存儲機制，所有(you)其他(ta)電(dian)(dian)極(ji)都具(ju)有(you)更好的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)。然而，混(hun)合(he)百分(fen)比的(de)(de)(de)影響尚(shang)未(wei)得到解(jie)釋(shi)。