活性炭(tan)的電(dian)化學(xue)性能

　　能(neng)源(yuan)(yuan)問題是21世(shi)紀活性(xing)炭(tan)電化(hua)學(xue)性(xing)能(neng)*顯著(zhu)的(de)全球挑戰之一。全球對能(neng)源(yuan)(yuan)供應和(he)環(huan)(huan)境(jing)保護(hu)的(de)需求(qiu)急劇增(zeng)加(jia)，迫使世(shi)界面臨經(jing)濟危機。據*近報(bao)道，全球能(neng)耗每年約為4.1×10 20 J--其(qi)80%來(lai)(lai)自不(bu)可(ke)再(zai)生碳(tan)密集型(xing)化(hua)石燃(ran)料(liao)，包括煤、石油和(he)天然(ran)氣。過度依(yi)賴燃(ran)燒化(hua)石燃(ran)料(liao)帶來(lai)(lai)了(le)(le)許多環(huan)(huan)境(jing)問題，增(zeng)加(jia)了(le)(le)全球經(jing)濟的(de)負擔。隨著(zhu)世(shi)界的(de)不(bu)斷發展，能(neng)源(yuan)(yuan)需求(qiu)迅速增(zeng)長(chang)(chang)，地球不(bu)可(ke)再(zai)生能(neng)源(yuan)(yuan)總量相當有限。因此，為了(le)(le)滿足(zu)日(ri)益增(zeng)長(chang)(chang)的(de)能(neng)源(yuan)(yuan)需求(qiu)，減少對環(huan)(huan)境(jing)的(de)應力，需要安全、實用、可(ke)持(chi)續、性(xing)能(neng)良好的(de)能(neng)量轉換和(he)存儲設備。

　　電(dian)化學電(dian)容(rong)器*近引起了人(ren)們(men)的(de)極大興趣，包括(kuo)顯著的(de)循(xun)環(huan)效率、預期(qi)的(de)循(xun)環(huan)壽命、快速充(chong)放電(dian)率和(he)優良(liang)的(de)功率密度(du)，以及便攜式(shi)電(dian)子、混(hun)合電(dian)動(dong)汽(qi)車和(he)存儲器的(de)備(bei)(bei)用(yong)設備(bei)(bei)。毫(hao)無疑(yi)問(wen)，活性炭(tan)雙層電(dian)容(rong)器的(de)性能主要(yao)取決(jue)于其電(dian)極材料(liao)的(de)類型和(he)形式(shi)。超級電(dian)容(rong)器的(de)紋理電(dian)位電(dian)極材料(liao)研(yan)究以各種形式(shi)進(jin)行了報道。以活性炭(tan)為材料(liao)，如活性炭(tan)、石墨烯、碳(tan)(tan)納米結(jie)構，如管道和(he)纖維、來自碳(tan)(tan)化物的(de)碳(tan)(tan)等。

　　此外，活(huo)性炭具有多(duo)孔結構豐富、雜原子自摻雜、物(wu)理(li)化學穩定性和環保等優(you)點，廣泛應用(yong)于(yu)能(neng)(neng)源相關領域，以滿足(zu)能(neng)(neng)源供應的迫(po)切(qie)需(xu)求。截(jie)至目前，堅(jian)果殼、椰(ye)殼、木材、動物(wu)骨(gu)、纖維(wei)等各(ge)種活(huo)性炭材料已被廣泛用(yong)作制造電容器的前體。大(da)多(duo)數報告稱，活(huo)性炭的儲能(neng)(neng)性能(neng)(neng)超過(guo)了(le)其(qi)他非(fei)活(huo)性炭材料的儲能(neng)(neng)性能(neng)(neng)。

　　活性炭的電化學性能

　　5%的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極PTFE，乙炔碳黑10%，活性炭85%。將所有材料均勻混(hun)合，然后(hou)在(zai)(zai)(zai)1.4MPa將其壓在(zai)(zai)(zai)鎳泡(pao)沫基材上，然后(hou)在(zai)(zai)(zai)真空(kong)烘箱中壓在(zai)(zai)(zai)110℃干燥12小時(shi)。每(mei)個集電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)上的活性物質量約為4.7mg·cm -2。6.通過多孔膜分(fen)離M KOH對(dui)稱(cheng)雙電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池組(zu)裝電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解質水溶液。采用循環伏安(an)法(CV)，恒電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流充放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(GCD)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化學阻(zu)抗(kang)光(guang)譜(EIS)研究(jiu)樣品(pin)的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)性能。在(zai)(zai)(zai)0.01Hz-100KHz在(zai)(zai)(zai)5的頻率范圍內mV在(zai)(zai)(zai)開路電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位下(xia)測量范圍EIS光(guang)譜。所有電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化學測量均在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化學工作(zuo)站進(jin)行。所有試(shi)驗均在(zai)(zai)(zai)室溫下(xia)進(jin)行。

　　活(huo)性(xing)炭的形(xing)狀和(he)結構

　　四個(ge)活性炭(tan)樣(yang)品(pin)(LSC-1-4)的XRD圖譜顯示沒有尖銳(rui)和強峰(feng)(feng)(如圖1所示)，表(biao)(biao)示所有活性炭(tan)樣(yang)品(pin)的非晶(jing)狀態。一方面位于23左(zuo)右°位于44的寬(kuan)峰(feng)(feng)和寬(kuan)峰(feng)(feng)°弱峰(feng)(feng)是無(wu)定形石墨碳的特征峰(feng)(feng)，表(biao)(biao)明LSC樣(yang)品(pin)的石墨化(hua)程度有限。另一方面，以44°中心弱峰(feng)(feng)的出現表(biao)(biao)明電導率的提(ti)高(gao)。特別地，LSC-1在44°與其他(ta)樣(yang)品(pin)相(xiang)比，觀察到的尖銳(rui)峰(feng)(feng)值表(biao)(biao)明，LSC-石墨化(hua)程度提(ti)高(gao)。

　　電化(hua)學表(biao)征活性炭

　　基于活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)超級(ji)電(dian)(dian)(dian)容器的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭樣品(pin)(SC-LSC)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容性(xing)(xing)(xing)，LSC-3和LSC-4通(tong)過(guo)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學技術(shu)序列(lie)進行(xing)評(ping)估，包括室溫下CV，GCD和EIS測試。圖2顯(xian)示了(le)四個不(bu)同掃(sao)(sao)描(miao)速(su)率(lv)的(de)(de)人SC-LSC的(de)(de)CV電(dian)(dian)(dian)勢窗的(de)(de)范圍為0-0.8V。如所見，所有(you)超級(ji)電(dian)(dian)(dian)容活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭在相對(dui)較低的(de)(de)掃(sao)(sao)描(miao)速(su)率(lv)下具有(you)理想的(de)(de)矩形(xing)電(dian)(dian)(dian)容性(xing)(xing)(xing)能，即(ji)充電(dian)(dian)(dian) - 雙層(ceng)電(dian)(dian)(dian)容器在放電(dian)(dian)(dian)過(guo)程中的(de)(de)典(dian)型性(xing)(xing)(xing)質。即(ji)使在500 mV·s -在1的(de)(de)高(gao)掃(sao)(sao)描(miao)速(su)率(lv)下，如圖2所示d，SC-LSCs的(de)(de)CV由于樣品(pin)的(de)(de)優(you)良導電(dian)(dian)(dian)性(xing)(xing)(xing)和低質量(liang)傳輸(shu)電(dian)(dian)(dian)阻，曲(qu)線(xian)保(bao)持了(le)伏安曲(qu)線(xian)的(de)(de)準矩形(xing)狀(zhuang)，幾乎沒有(you)變形(xing)。顯(xian)然，短離子通(tong)道(dao)和電(dian)(dian)(dian)解質儲層(ceng)的(de)(de)快速(su)離子運輸(shu)來自活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭樣品(pin)的(de)(de)分層(ceng)孔結(jie)(jie)構。類似(si)地，超級(ji)電(dian)(dian)(dian)容活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭由于理想的(de)(de)分層(ceng)多孔結(jie)(jie)構和活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)高(gao)表面積而顯(xian)示出(chu)*高(gao)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容值。

　　碳(tan)化(hua)活(huo)(huo)化(hua)前，由纖維(wei)材料(liao)(liao)合成四種活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)。所有(you)(you)制(zhi)備的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)主要表現為微(wei)孔結構(gou)。發現通過ZnCl 2活(huo)(huo)化(hua)法(fa)制(zhi)備的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表現出*大(da)的(de)(de)比表面積，在(zai)所有(you)(you)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣品中表現出*佳的(de)(de)電(dian)(dian)化(hua)學性(xing)(xing)能，其中0.1A·g 的(de)(de)電(dian)(dian)容為107.4F·g -1 -1.對稱雙電(dian)(dian)極電(dian)(dian)池。隨著(zhu)電(dian)(dian)流密度(du)大(da)于1，這些活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)基超級(ji)電(dian)(dian)容器(qi)的(de)(de)電(dian)(dian)容僅大(da)于1A·g -而略(lve)有(you)(you)變化(hua)。所有(you)(you)超級(ji)電(dian)(dian)容器(qi)在(zai)1中顯示出優異的(de)(de)電(dian)(dian)化(hua)學穩定(ding)性(xing)(xing)A·g -1的(de)(de) 充放電(dian)(dian)循環5000次后(hou)，LSC-1型(xing)超級(ji)電(dian)(dian)容器(qi)的(de)(de)電(dian)(dian)容保(bao)持(chi)在(zai)92.6%以(yi)上。這些結果表明(ming)，纖維(wei)材料(liao)(liao)是合理設計和(he)制(zhi)備具有(you)(you)高表面積和(he)優良電(dian)(dian)化(hua)學性(xing)(xing)能的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)好候(hou)選人。