活性炭中的氮與超級電(dian)容(rong)器混合

　　鋰(li)離(li)(li)子混(hun)合超(chao)(chao)級電容(rong)器(qi)結合鋰(li)離(li)(li)子電池和(he)超(chao)(chao)級電容(rong)器(qi)的(de)主(zhu)要(yao)(yao)優(you)點，已成為(wei)一(yi)種極(ji)具吸引力的(de)儲(chu)能系統。石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)作(zuo)為(wei)鋰(li)離(li)(li)子電池和(he)超(chao)(chao)級電容(rong)器(qi)中(zhong)(zhong)的(de)普通(tong)電極(ji)材料，提供高(gao)化學、熱和(he)物理(li)穩定性(xing)的(de)可調(diao)(diao)多(duo)孔結構，導(dao)致電導(dao)率優(you)異，容(rong)量提高(gao)。將石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)(zhong)的(de)元素氮混(hun)合物視為(wei)進一(yi)步提高(gao)其性(xing)能。本(ben)文(wen)簡要(yao)(yao)總結了(le)混(hun)合超(chao)(chao)級電容(rong)器(qi)的(de)*新技術，重(zhong)點是使(shi)用(yong)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)。還強調(diao)(diao)了(le)后續(xu)LiHSCs與石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)炭(tan)混(hun)合的(de)氮。

　　由混(hun)合超(chao)級(ji)電容器組(zu)成

　　隨著技術(shu)設備數量的(de)增加和便攜式(shi)電(dian)(dian)子產品的(de)發展，全球對智(zhi)能高(gao)效儲(chu)能系統的(de)需求正在(zai)迅速增長。鋰離(li)子電(dian)(dian)池(chi)(LIB)超級電(dian)(dian)容器確實(shi)是預計將應用(yong)于(yu)智(zhi)能儲(chu)能領域(yu)的(de)絕(jue)佳候(hou)選(xuan)人。以前(qian)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)極(ji)材料(liao)包括一些碳材料(liao)、金屬氧化物和金屬氫氧化物。而在(zai)LIHSC由于(yu)其可管(guan)理的(de)多孔結構(gou)和高(gao)表(biao)面積，常用(yong)的(de)電(dian)(dian)容器電(dian)(dian)極(ji)材料(liao)由活性炭組成(cheng)。碳納米管(guan)納米管(guan)和石(shi)墨烯等其他材料(liao)。

　　石墨烯和(he)活(huo)性(xing)炭被廣泛研究為(wei)鋰離(li)子混(hun)合超級(ji)電容器的(de)(de)電極(ji)材料，因為(wei)它們具有(you)較高的(de)(de)表面積(ji)，易(yi)于鋰離(li)子插層，具有(you)優異(yi)的(de)(de)容量(liang)保持性(xing)、長壽(shou)命周期和(he)約束結構類型。基于石墨烯或(huo)活(huo)性(xing)炭及其復合材料的(de)(de)電極(ji)組裝(zhuang)的(de)(de)混(hun)合設備已報(bao)告高功(gong)率密度的(de)(de)高能(neng)量(liang)密度。據報(bao)道(dao)，長期穩定的(de)(de)循環(huan)壽(shou)命和(he)改進的(de)(de)容量(liang)保留。

　　采用(yong)形態控制和元(yuan)素(su)混合，以提高(gao)(gao)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)和活性(xing)炭(tan)基電(dian)極的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)。制備了0-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)量子點(dian)，1-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)納米帶(GNR)，2-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)片(pian)，3-D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)和多孔石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)。引入石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)3D為了實現改進(jin)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)，交聯位點(dian)由石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)片(pian)制成π-π堆疊(die)產生(sheng)的(de)(de)(de)。可壓(ya)縮性(xing)90%，超輕重量和高(gao)(gao)導電(dian)性(xing)3D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)氣凝膠印刷(shua)。該方法可用(yong)于打印所需(xu)的(de)(de)(de)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)網絡(luo)結(jie)構，以平滑混合電(dian)容器中(zhong)(zhong)電(dian)子和鋰(li)離子的(de)(de)(de)路徑。如(ru)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)摻雜法N-，Cr，B已報道摻雜活性(xing)炭(tan)具有改善的(de)(de)(de)電(dian)化學性(xing)能(neng)。

　　N摻雜活性炭

　　氮(dan)(dan)是偽電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容元件。氮(dan)(dan)摻(chan)雜被(bei)認(ren)為是將偽電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容性(xing)(xing)質納(na)入(ru)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)(he)活性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理想(xiang)方法，用(yong)于(yu)高性(xing)(xing)能超級電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)。氮(dan)(dan)與碳之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)負(fu)(fu)性(xing)(xing)差(cha)異(yi)(yi)較(jiao)大，即氮(dan)(dan)與碳之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)負(fu)(fu)性(xing)(xing)差(cha)異(yi)(yi)較(jiao)大 3.04 ：2.55，這(zhe)(zhe)導(dao)致N摻(chan)雜石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(NG)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)影(ying)中(zhong)碳網絡的(de)(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)化(hua)。這(zhe)(zhe)種極(ji)化(hua)通過(guo)影(ying)響碳原(yuan)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自旋密度和(he)(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷分布而導(dao)致活化(hua)區NG電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)學反應(ying)發生在表面。氮(dan)(dan)摻(chan)雜劑打開導(dao)帶(dai)與價(jia)帶(dai)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)帶(dai)隙，使費(fei)米能級高于(yu)狄(di)拉克點。這(zhe)(zhe)種帶(dai)隙使NG成為電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)和(he)(he)半導(dao)體應(ying)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)適候選人。簡(jian)而言之(zhi)，作為極(ji)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果，石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)、磁(ci)性(xing)(xing)、光學、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)學性(xing)(xing)質發生了變化(hua)。

　　與(yu)(yu)電(dian)(dian)容器(qi)相(xiang)比，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)氮(dan)摻雜增加。由于(yu)含有官(guan)能(neng)團(tuan)氮(dan)的(de)(de)(de)法拉第反應孔的(de)(de)(de)改善(shan)，其潤濕性(xing)(xing)(xing)不僅提高了(le)(le)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)導電(dian)(dian)性(xing)(xing)(xing)，而且增加了(le)(le)混(hun)(hun)合(he)氮(dan)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)容性(xing)(xing)(xing)。氨*常用于(yu)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)熱處理，以混(hun)(hun)合(he)氮(dan)氣(NH 3)。石墨烯(xi)和(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)氮(dan)混(hun)(hun)合(he)進一步增強了(le)(le)使用NG或氮(dan)與(yu)(yu)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)混(hun)(hun)合(he)(NAC)復合(he)材料組裝的(de)(de)(de)電(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)化學(xue)活(huo)性(xing)(xing)(xing)。基于(yu)NG和(he)NAC毫無疑問，電(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)混(hun)(hun)合(he)器(qi)具有電(dian)(dian)化學(xue)性(xing)(xing)(xing)能(neng)。

　　活(huo)性炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)N摻(chan)(chan)雜可以進一步提高(gao)(gao)活(huo)性炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)性能。首次(ci)使用氮摻(chan)(chan)活(huo)性炭(tan)(tan)(高(gao)(gao)達29000m 2 g -1的(de)(de)(de)超高(gao)(gao)表面積，4重量(liang)%氮)作(zuo)為(wei)(wei)LiHSC使用陰極材料(liao)(liao)Si / C陰極和(he)陽極的(de)(de)(de)質量(liang)比(bi)為(wei)(wei)2 : 1 負極材料(liao)(liao)中的(de)(de)(de)有機電解質。采(cai)用氨(an)作(zuo)為(wei)(wei)氮前體(ti)，預處理(li)材料(liao)(liao)作(zuo)為(wei)(wei)活(huo)性炭(tan)(tan)前體(ti)，并(bing)在不同溫度下退火。他(ta)們在1747-30 127 W kg下實現了(le)230-141 W h kg -能量(liang)密(mi)(mi)度-1功率密(mi)(mi)度。

　　總之，由(you)于(yu)鋰電池的(de)(de)(de)電化學(xue)性(xing)能(neng)(neng)高，循(xun)環壽(shou)命長，Li-HSC它確實是一個有(you)(you)前(qian)途(tu)的(de)(de)(de)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)系統。與包(bao)括LIB，SC，與所(suo)(suo)有(you)(you)其他儲(chu)(chu)能(neng)(neng)裝置相比，裝置相比，LIHSC它是**能(neng)(neng)提供高能(neng)(neng)量(liang)密度和(he)(he)(he)高功率密度的(de)(de)(de)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)系統，因此具有(you)(you)滿足智能(neng)(neng)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)系統需求(qiu)的(de)(de)(de)潛力。石墨烯(xi)和(he)(he)(he)活性(xing)炭具有(you)(you)高熱和(he)(he)(he)物理穩定性(xing)、可調(diao)多孔結構和(he)(he)(he)高表面(mian)積LIHSC有(you)(you)很大(da)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)。氮(dan)(dan)摻(chan)(chan)雜(za)(za)具有(you)(you)重要(yao)意義，因為(wei)基(ji)于(yu)氮(dan)(dan)摻(chan)(chan)雜(za)(za)石墨烯(xi)和(he)(he)(he)活性(xing)炭電極(ji)(ji)的(de)(de)(de)高能(neng)(neng)密度。氮(dan)(dan)摻(chan)(chan)雜(za)(za)劑組數越多，電極(ji)(ji)能(neng)(neng)量(liang)密度越高。這種(zhong)高能(neng)(neng)量(liang)密度是由(you)于(yu)氮(dan)(dan)基(ji)團的(de)(de)(de)法拉第反應(ying)和(he)(he)(he)孔壁的(de)(de)(de)改(gai)善。氮(dan)(dan)摻(chan)(chan)雜(za)(za)還增加(jia)了(le)碳原子的(de)(de)(de)導(dao)電性(xing)，提高了(le)電極(ji)(ji)的(de)(de)(de)容(rong)量(liang)。由(you)于(yu)氮(dan)(dan)誘導(dao)的(de)(de)(de)額外電荷存(cun)儲(chu)(chu)機制(zhi)，所(suo)(suo)有(you)(you)其他電極(ji)(ji)都(dou)具有(you)(you)更好的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)。然而，混合百分(fen)比的(de)(de)(de)影響(xiang)尚未得到解釋。