活性炭中的氮與超級(ji)電容器混合(he)

　　鋰離子(zi)混合(he)超級(ji)(ji)電容(rong)(rong)器結合(he)鋰離子(zi)電池和(he)超級(ji)(ji)電容(rong)(rong)器的(de)主要優點，已(yi)成為一(yi)種極具(ju)吸(xi)引力(li)的(de)儲能系(xi)統(tong)。石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)和(he)活性(xing)(xing)炭作為鋰離子(zi)電池和(he)超級(ji)(ji)電容(rong)(rong)器中的(de)普通電極材(cai)料，提(ti)供高(gao)化(hua)學(xue)、熱和(he)物理穩(wen)定性(xing)(xing)的(de)可調多孔結構，導(dao)致電導(dao)率(lv)優異(yi)，容(rong)(rong)量提(ti)高(gao)。將(jiang)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)和(he)活性(xing)(xing)炭中的(de)元素氮混合(he)物視為進一(yi)步提(ti)高(gao)其(qi)性(xing)(xing)能。本(ben)文(wen)簡要總結了混合(he)超級(ji)(ji)電容(rong)(rong)器的(de)*新技術，重點是使用石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)和(he)活性(xing)(xing)炭。還強調了后續(xu)LiHSCs與(yu)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)和(he)活性(xing)(xing)炭混合(he)的(de)氮。

　　由混合超級電容(rong)器(qi)組成

　　隨著技術設備數(shu)量的(de)(de)增加(jia)和(he)(he)便攜(xie)式電(dian)子(zi)產品的(de)(de)發(fa)展，全球對智能高效(xiao)儲能系統的(de)(de)需(xu)求正(zheng)在迅速增長(chang)。鋰離子(zi)電(dian)池(LIB)超級電(dian)容(rong)器確實是預計將應用(yong)于(yu)智能儲能領域的(de)(de)絕佳候選人。以前使用(yong)的(de)(de)電(dian)池電(dian)極(ji)材料包括(kuo)一(yi)些碳材料、金屬(shu)氧(yang)化(hua)物和(he)(he)金屬(shu)氫氧(yang)化(hua)物。而在LIHSC由于(yu)其可管(guan)(guan)理的(de)(de)多孔(kong)結構(gou)和(he)(he)高表面積(ji)，常用(yong)的(de)(de)電(dian)容(rong)器電(dian)極(ji)材料由活性炭組成。碳納米管(guan)(guan)納米管(guan)(guan)和(he)(he)石墨烯等其他材料。

　　石墨烯和(he)活(huo)性(xing)(xing)炭被廣泛研究為鋰(li)離(li)子(zi)混合(he)超級電(dian)(dian)容器(qi)的電(dian)(dian)極(ji)材料，因(yin)為它們具有較(jiao)高的表面積，易于(yu)鋰(li)離(li)子(zi)插層，具有優異(yi)的容量(liang)保持性(xing)(xing)、長壽命(ming)周期和(he)約束結(jie)構類型。基(ji)于(yu)石墨烯或活(huo)性(xing)(xing)炭及其復合(he)材料的電(dian)(dian)極(ji)組裝(zhuang)的混合(he)設備已報告(gao)高功率密(mi)度的高能(neng)量(liang)密(mi)度。據報道，長期穩定的循(xun)環壽命(ming)和(he)改進的容量(liang)保留。

　　采用形(xing)態控制和(he)元(yuan)素混合(he)，以(yi)提高石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)基電(dian)極的(de)(de)性(xing)能(neng)。制備了0-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)量(liang)子點(dian)，1-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)納米(mi)帶(GNR)，2-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)片(pian)，3-D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)和(he)多孔石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)。引入(ru)石(shi)(shi)(shi)墨(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)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)片(pian)制成π-π堆(dui)疊產生的(de)(de)。可壓縮(suo)性(xing)90%，超輕重量(liang)和(he)高導電(dian)性(xing)3D石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)氣凝膠印刷(shua)。該(gai)方(fang)法(fa)可用于打印所需的(de)(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)網(wang)絡結構，以(yi)平滑混合(he)電(dian)容器中電(dian)子和(he)鋰(li)離(li)子的(de)(de)路徑。如石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)中的(de)(de)元(yuan)素摻(chan)雜法(fa)N-，Cr，B已(yi)報道摻(chan)雜活(huo)性(xing)炭(tan)具有(you)改善的(de)(de)電(dian)化學性(xing)能(neng)。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)是偽(wei)電(dian)容元件(jian)。氮(dan)摻(chan)雜被認為是將偽(wei)電(dian)容性質納入石墨烯和(he)活(huo)性炭的(de)(de)理(li)想方法(fa)，用于高性能超級電(dian)容器的(de)(de)應(ying)(ying)用。氮(dan)與(yu)(yu)碳(tan)之(zhi)間(jian)的(de)(de)電(dian)負(fu)性差異(yi)較(jiao)大，即氮(dan)與(yu)(yu)碳(tan)之(zhi)間(jian)的(de)(de)電(dian)負(fu)性差異(yi)較(jiao)大 3.04 ：2.55，這導(dao)(dao)致(zhi)N摻(chan)雜石墨烯(NG)電(dian)影(ying)中(zhong)碳(tan)網絡的(de)(de)極(ji)(ji)化(hua)(hua)。這種極(ji)(ji)化(hua)(hua)通過影(ying)響碳(tan)原(yuan)子的(de)(de)自旋(xuan)密度和(he)電(dian)荷分布而導(dao)(dao)致(zhi)活(huo)化(hua)(hua)區(qu)NG電(dian)化(hua)(hua)學反應(ying)(ying)發生(sheng)在表面。氮(dan)摻(chan)雜劑打(da)開導(dao)(dao)帶(dai)與(yu)(yu)價帶(dai)之(zhi)間(jian)的(de)(de)帶(dai)隙，使(shi)費米能級高于狄拉(la)克(ke)點(dian)。這種帶(dai)隙使(shi)NG成為電(dian)子和(he)半導(dao)(dao)體應(ying)(ying)用的(de)(de)合適(shi)候選人。簡而言之(zhi)，作為極(ji)(ji)化(hua)(hua)的(de)(de)結果，石墨烯的(de)(de)電(dian)子、磁(ci)性、光學、電(dian)化(hua)(hua)學性質發生(sheng)了變化(hua)(hua)。

　　與電(dian)(dian)容器(qi)相比，活性炭(tan)中的(de)氮(dan)(dan)摻雜增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)。由(you)于(yu)含(han)有官(guan)能團氮(dan)(dan)的(de)法拉第反(fan)應孔的(de)改善，其(qi)潤(run)濕性不僅(jin)提高了活性炭(tan)的(de)導電(dian)(dian)性，而且(qie)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)了混(hun)(hun)合(he)氮(dan)(dan)的(de)電(dian)(dian)容性。氨*常(chang)用于(yu)活性炭(tan)的(de)熱處(chu)理，以(yi)混(hun)(hun)合(he)氮(dan)(dan)氣(qi)(NH 3)。石墨(mo)烯和活性炭(tan)中的(de)氮(dan)(dan)混(hun)(hun)合(he)進一(yi)步增(zeng)(zeng)強了使(shi)用NG或氮(dan)(dan)與活性炭(tan)混(hun)(hun)合(he)(NAC)復合(he)材(cai)料組裝的(de)電(dian)(dian)極(ji)的(de)電(dian)(dian)化(hua)學(xue)活性。基于(yu)NG和NAC毫無(wu)疑(yi)問，電(dian)(dian)極(ji)的(de)混(hun)(hun)合(he)器(qi)具有電(dian)(dian)化(hua)學(xue)性能。

　　活性炭(tan)的(de)N摻雜可以進一步提高活性炭(tan)的(de)性能(neng)。首次使用氮摻活性炭(tan)(高達29000m 2 g -1的(de)超(chao)高表面積，4重量(liang)%氮)作(zuo)為LiHSC使用陰極(ji)材料Si / C陰極(ji)和陽極(ji)的(de)質量(liang)比為2 : 1 負極(ji)材料中(zhong)的(de)有(you)機電解質。采(cai)用氨作(zuo)為氮前體，預處(chu)理材料作(zuo)為活性炭(tan)前體，并在(zai)(zai)不同溫(wen)度(du)(du)下退(tui)火。他(ta)們在(zai)(zai)1747-30 127 W kg下實(shi)現了230-141 W h kg -能(neng)量(liang)密度(du)(du)-1功率密度(du)(du)。

　　總之，由于(yu)鋰(li)電池的(de)(de)(de)電化(hua)學性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)高(gao)(gao)，循(xun)環壽命長，Li-HSC它確實是一個有(you)(you)(you)(you)前途(tu)的(de)(de)(de)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)系統(tong)。與(yu)包(bao)括LIB，SC，與(yu)所有(you)(you)(you)(you)其他儲能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)裝(zhuang)置相(xiang)比，裝(zhuang)置相(xiang)比，LIHSC它是**能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)提供高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量密(mi)度(du)(du)和(he)高(gao)(gao)功率密(mi)度(du)(du)的(de)(de)(de)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)系統(tong)，因此(ci)具有(you)(you)(you)(you)滿足智(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)系統(tong)需求(qiu)的(de)(de)(de)潛(qian)力。石墨烯和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)具有(you)(you)(you)(you)高(gao)(gao)熱和(he)物理(li)穩定(ding)性(xing)、可調多孔(kong)結(jie)構和(he)高(gao)(gao)表(biao)面積LIHSC有(you)(you)(you)(you)很大的(de)(de)(de)應(ying)用。氮(dan)摻(chan)雜(za)具有(you)(you)(you)(you)重要(yao)意義(yi)，因為基于(yu)氮(dan)摻(chan)雜(za)石墨烯和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)電極的(de)(de)(de)高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)密(mi)度(du)(du)。氮(dan)摻(chan)雜(za)劑組數越多，電極能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量密(mi)度(du)(du)越高(gao)(gao)。這種(zhong)高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量密(mi)度(du)(du)是由于(yu)氮(dan)基團的(de)(de)(de)法拉第反(fan)應(ying)和(he)孔(kong)壁(bi)的(de)(de)(de)改(gai)善。氮(dan)摻(chan)雜(za)還增加(jia)了碳原子的(de)(de)(de)導電性(xing)，提高(gao)(gao)了電極的(de)(de)(de)容量。由于(yu)氮(dan)誘導的(de)(de)(de)額外電荷存(cun)儲機制，所有(you)(you)(you)(you)其他電極都具有(you)(you)(you)(you)更好(hao)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)。然而，混合百分比的(de)(de)(de)影響(xiang)尚未得到解釋。