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超级电容炭-超级电容活性炭的制作

发布时间: 2021-11-29  点击次数: 57次

  通过氢氧化钾对生物质进行碳化和活化制成的活性炭,具有高比表面积(SSA)的三维(3D)碳互连结构的微控制介孔结构。对于KOH / RBC = 4质量比,其SSA为2475m 2 g -1,优化孔体积为1.21cm 3 g -1(中孔为40%)。用于超级电容器的制备的3D活性炭基电极材料在10A g -1和100A g -1的 大电流密度下具有高比电容,即在6M中的265F g -1和182 F g -1 KOH电解液。此外,高功率密度约 在离子液体中的活性物质负载量(〜10 mg cm 2)的基础上,达到1223 W kg -1(550 WL -1)和能量密度70 W h kg -1(32 W h L -1)。这些发现可以开辟新的途径,将丰富的农副产品作为理想材料,在高性能储能装置中得到广泛的应用。

  基于活性炭的双电层电容器或超级电容器提供高功率密度和循环性非凡的独特的优点,但提供中等能量密度。提高他们的能量密度,在不损害上述优点将使他们的应用领域更加广泛。例如,混合动力或全电动汽车(HEV或电动车)的不断增长的市场渗透力,不仅需要加速时的功率密度的不断提高,也增强对不间断电源能量的密度。

超级电容活性炭

  超级电容活性炭介绍

  静电储存电荷使用电解质的离子的可逆吸附到适合于离子的大小的多孔电极材料具有高的表面积和孔隙电化学电容器。现有的基于超级电容的设备中已经使用了高表面积(> 2000m 2 g -1)的常规生物质,煤或石油制成的活性炭。不幸的是,它们具有能量密度的限制(5-8瓦千克-1)为高功率密度。微孔保证了它们的高比表面积和低孔隙率,一些孔隙小于离子的孔阻止有效的离子电吸附8。例如,尺寸小于0.5nm的孔通常被认为太小而不能形成双层,这对双层电容总数9没有贡献。虽然理想的微孔应该比去溶剂化的离子稍大,以便这些离子通过细孔顺利通过。此外,只微孔的碳将增加等效电阻,并因此减小功率气孔密度的。反之,丰富多孔纹理结合大孔和中孔可与内部相对大的孔提高离子的传质应用中表现出超快速率能力。然而,它们有限的表面积(通常低于1000m 2 g -1)和具有有限活性位点的高孔隙率(〜0.3g cm -3)使超级电容的能量密度最小化,即具有很少微孔和介孔的材料导致有限的容量( <120 F G -1在有机电解质)。已经探索了几种用于EDLCs的孔径分布(PSD) - 控制的微孔和介孔活性炭合成的方法。具有可控孔径的硬质合金衍生的活性炭和模板活性炭试图确保光滑的离子转移,但是它们相对复杂的合成过程和/或使用有毒化学物质/气体大规模限制生产。此外,作为一种可再生资源,生物质制成的活性炭已经吸引了注意力,准备作为超级电容器内活性炭材料的选择,由于其成本低,巨大的可用性,快速再生和环境友好性。然而,他们的能量密度和速度表现仍然不能令人满意。因此,要增加能量密度和比表面积。

超级电容炭

  怎么样获得更强的活性炭

  首先,将15g原材料在氮气中以3℃min -1从室温至700℃ 碳化1小时。形成碳化材料再用氢氧化钾在氮气中以3℃min -1的速率在850℃下活化1小时。将所得黑色固体研磨成粉末,用1M HCl溶液和蒸馏水洗涤。最后,将样品在120℃下干燥12小时。这样制成了超级电容炭的样品。

  通过组合前体碳化和活化过程生产活性炭的新途径,制成具有高表面积和平衡的微/中孔性。探讨了孔结构与电化学性能的关系。结果表明,高比表面积为2475 m 2 g -1,中孔孔隙率高达40%的样品在6 M的大电流密度为100 A g -1时具有的电容性能182 F g -1 KOH。良好的稳定性也可以通过充电/放电的10,000循环寿命来证明。最重要的是,离子液体中的能量密度和功率密度分别达到70 Wh kg -1(32 W h L -1)和1223 W kg -1(550 WL -1)。在高电流密度下获得的改进的电化学性能很可能是由于具有增强的活性炭的大比表面积和微/中孔性。因此,我们提供了一种易于获得的,可再生的和便宜的原料来制备高能量密度的超级电容器。

  在使用简单,经济有效和可扩展的合成路线,制备了具有优化的孔径分布,高比表面积和高密度的3D多孔活性炭。通过农业边角料作为活性炭源获得了高度丰富且易于获取的直接生物质原料。超级电容器电极材料使用较高的比表面积和均衡的微/中孔相互连接的RBC-4结构。制备的超级电容器 在含水电解质中的大电流密度为10 A g -1时显示出265 F g -1的比电容,循环寿命超过10,000周期,比能量为70 Wh kg -1(32 W h L - 1)和离子液体中1223 W kg -1(550 WL -1)的比功率。

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