活性炭的(de)電(dian)化(hua)學(xue)性能

　　能(neng)(neng)源問(wen)題(ti)是21世(shi)(shi)紀活性炭(tan)電化學性能(neng)(neng)*顯著的(de)全(quan)(quan)(quan)球挑戰之一。全(quan)(quan)(quan)球對(dui)能(neng)(neng)源供應(ying)和(he)環境(jing)(jing)(jing)保護的(de)需(xu)(xu)求急劇增加，迫使世(shi)(shi)界面臨(lin)經(jing)濟危機。據*近報道(dao)，全(quan)(quan)(quan)球能(neng)(neng)耗每年(nian)約為4.1×10 20 J--其(qi)80%來(lai)自不可(ke)再生碳密集型化石(shi)(shi)燃料，包括煤、石(shi)(shi)油(you)和(he)天然氣(qi)。過(guo)度依(yi)賴燃燒化石(shi)(shi)燃料帶(dai)來(lai)了許多環境(jing)(jing)(jing)問(wen)題(ti)，增加了全(quan)(quan)(quan)球經(jing)濟的(de)負擔。隨著世(shi)(shi)界的(de)不斷發展，能(neng)(neng)源需(xu)(xu)求迅速(su)增長，地(di)球不可(ke)再生能(neng)(neng)源總(zong)量相(xiang)當有限。因此，為了滿足日益增長的(de)能(neng)(neng)源需(xu)(xu)求，減少對(dui)環境(jing)(jing)(jing)的(de)應(ying)力，需(xu)(xu)要(yao)安全(quan)(quan)(quan)、實(shi)用(yong)、可(ke)持續、性能(neng)(neng)良好的(de)能(neng)(neng)量轉換(huan)和(he)存儲設備。

　　電化(hua)學電容器(qi)(qi)*近(jin)引起了人們的(de)(de)極(ji)(ji)大興趣，包(bao)括顯著的(de)(de)循環效(xiao)率、預期(qi)的(de)(de)循環壽命、快(kuai)速(su)充放電率和(he)優(you)良的(de)(de)功率密(mi)度(du)，以(yi)及便攜式(shi)電子(zi)、混合電動汽車(che)和(he)存(cun)儲器(qi)(qi)的(de)(de)備用(yong)設備。毫無(wu)疑問，活(huo)性(xing)炭雙層電容器(qi)(qi)的(de)(de)性(xing)能主要取決于(yu)其電極(ji)(ji)材(cai)(cai)料的(de)(de)類型和(he)形(xing)式(shi)。超級電容器(qi)(qi)的(de)(de)紋理電位電極(ji)(ji)材(cai)(cai)料研究以(yi)各種形(xing)式(shi)進行(xing)了報道(dao)。以(yi)活(huo)性(xing)炭為材(cai)(cai)料，如活(huo)性(xing)炭、石墨烯(xi)、碳納米(mi)結構(gou)，如管道(dao)和(he)纖維、來自碳化(hua)物的(de)(de)碳等。

　　此外，活性炭具有(you)多孔結構豐富、雜原子自摻(chan)雜、物(wu)理化學穩定(ding)性和(he)環保等優點，廣(guang)泛應(ying)用(yong)于能(neng)源相(xiang)關領域，以(yi)滿足能(neng)源供應(ying)的(de)迫切需(xu)求。截至目前，堅果(guo)殼、椰殼、木材(cai)、動物(wu)骨、纖維等各種活性炭材(cai)料(liao)已被(bei)廣(guang)泛用(yong)作制造電容(rong)器的(de)前體。大多數報(bao)告稱，活性炭的(de)儲能(neng)性能(neng)超過了其他(ta)非活性炭材(cai)料(liao)的(de)儲能(neng)性能(neng)。

　　活性炭的電化學性能

　　5%的(de)(de)電(dian)(dian)極PTFE，乙炔碳黑(hei)10%，活(huo)性(xing)炭85%。將(jiang)所(suo)(suo)有材料均勻混合，然后在(zai)(zai)(zai)1.4MPa將(jiang)其壓(ya)在(zai)(zai)(zai)鎳(nie)泡(pao)沫基材上，然后在(zai)(zai)(zai)真空(kong)烘箱中壓(ya)在(zai)(zai)(zai)110℃干燥12小時。每個集電(dian)(dian)器(qi)上的(de)(de)活(huo)性(xing)物(wu)質量約為4.7mg·cm -2。6.通過(guo)多孔膜分離M KOH對稱雙電(dian)(dian)極電(dian)(dian)池組裝電(dian)(dian)解(jie)質水溶液。采(cai)用循環伏安法(CV)，恒電(dian)(dian)流(liu)充放(fang)電(dian)(dian)(GCD)電(dian)(dian)化(hua)學阻抗(kang)光(guang)譜(EIS)研究(jiu)樣品的(de)(de)電(dian)(dian)容性(xing)能。在(zai)(zai)(zai)0.01Hz-100KHz在(zai)(zai)(zai)5的(de)(de)頻率范(fan)圍內(nei)mV在(zai)(zai)(zai)開路電(dian)(dian)位下測量范(fan)圍EIS光(guang)譜。所(suo)(suo)有電(dian)(dian)化(hua)學測量均在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)化(hua)學工作(zuo)站進(jin)行(xing)。所(suo)(suo)有試驗均在(zai)(zai)(zai)室溫下進(jin)行(xing)。

　　活性(xing)炭(tan)的形狀和結構

　　四(si)個活性炭樣品(pin)(LSC-1-4)的(de)(de)(de)(de)(de)XRD圖(tu)譜(pu)顯示(shi)沒(mei)有尖銳(rui)(rui)和強峰(如(ru)圖(tu)1所示(shi))，表(biao)示(shi)所有活性炭樣品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)非晶狀態。一方面位(wei)于(yu)23左右°位(wei)于(yu)44的(de)(de)(de)(de)(de)寬峰和寬峰°弱(ruo)峰是(shi)無定形石(shi)墨碳的(de)(de)(de)(de)(de)特征峰，表(biao)明(ming)LSC樣品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)石(shi)墨化(hua)程度有限。另一方面，以44°中心弱(ruo)峰的(de)(de)(de)(de)(de)出現(xian)表(biao)明(ming)電導率的(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高。特別地，LSC-1在44°與其他樣品(pin)相(xiang)比(bi)，觀察(cha)到的(de)(de)(de)(de)(de)尖銳(rui)(rui)峰值表(biao)明(ming)，LSC-石(shi)墨化(hua)程度提(ti)高。

　　電化學表征活(huo)性炭

　　基(ji)于(yu)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)超級電(dian)容(rong)器的(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(SC-LSC)的(de)電(dian)容(rong)性(xing)(xing)，LSC-3和(he)LSC-4通(tong)(tong)過電(dian)化學技術序列進行評估，包括室溫(wen)下CV，GCD和(he)EIS測試。圖2顯(xian)示了(le)四個不同掃(sao)描速(su)率的(de)人SC-LSC的(de)CV電(dian)勢(shi)窗的(de)范圍為0-0.8V。如(ru)(ru)所(suo)見(jian)，所(suo)有超級電(dian)容(rong)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在相對較低的(de)掃(sao)描速(su)率下具有理想的(de)矩(ju)形(xing)電(dian)容(rong)性(xing)(xing)能，即充電(dian) - 雙層(ceng)(ceng)電(dian)容(rong)器在放電(dian)過程(cheng)中的(de)典型性(xing)(xing)質(zhi)。即使在500 mV·s -在1的(de)高(gao)掃(sao)描速(su)率下，如(ru)(ru)圖2所(suo)示d，SC-LSCs的(de)CV由于(yu)樣品的(de)優(you)良(liang)導電(dian)性(xing)(xing)和(he)低質(zhi)量(liang)傳(chuan)輸電(dian)阻(zu)，曲線(xian)保持了(le)伏(fu)安曲線(xian)的(de)準矩(ju)形(xing)狀，幾(ji)乎沒(mei)有變形(xing)。顯(xian)然，短離(li)子(zi)通(tong)(tong)道和(he)電(dian)解質(zhi)儲層(ceng)(ceng)的(de)快(kuai)速(su)離(li)子(zi)運(yun)輸來自活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品的(de)分(fen)層(ceng)(ceng)孔(kong)結(jie)構。類似地，超級電(dian)容(rong)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)由于(yu)理想的(de)分(fen)層(ceng)(ceng)多孔(kong)結(jie)構和(he)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)高(gao)表面積而顯(xian)示出*高(gao)的(de)電(dian)容(rong)值。

　　碳化活(huo)(huo)化前，由纖(xian)維材(cai)料合成四種活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)。所(suo)有制(zhi)(zhi)備(bei)的活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)主要表(biao)(biao)現(xian)為微孔結構。發現(xian)通(tong)過ZnCl 2活(huo)(huo)化法制(zhi)(zhi)備(bei)的活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)現(xian)出(chu)*大(da)的比表(biao)(biao)面(mian)積，在所(suo)有活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)中表(biao)(biao)現(xian)出(chu)*佳的電(dian)(dian)化學(xue)性(xing)(xing)能，其中0.1A·g 的電(dian)(dian)容(rong)(rong)為107.4F·g -1 -1.對稱雙電(dian)(dian)極電(dian)(dian)池。隨著電(dian)(dian)流密(mi)度大(da)于1，這些活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)基(ji)超級(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)的電(dian)(dian)容(rong)(rong)僅大(da)于1A·g -而略有變化。所(suo)有超級(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)在1中顯示出(chu)優(you)異的電(dian)(dian)化學(xue)穩定性(xing)(xing)A·g -1的 充放電(dian)(dian)循環5000次后，LSC-1型超級(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)的電(dian)(dian)容(rong)(rong)保持在92.6%以上。這些結果表(biao)(biao)明，纖(xian)維材(cai)料是合理設計和制(zhi)(zhi)備(bei)具有高表(biao)(biao)面(mian)積和優(you)良電(dian)(dian)化學(xue)性(xing)(xing)能的活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的好候(hou)選人(ren)。