活性炭的電化學(xué)性能

　　能源問題是21世紀(jì)活性炭電化學(xué)性能*顯著的全球挑戰(zhàn)之一。全球?qū)δ茉垂?yīng)和環(huán)境保護(hù)的需求急劇增加，迫使世界面臨經(jīng)濟(jì)危機(jī)。據(jù)*近報(bào)道，全球能耗每年約為4.1×10 20 J--其80%來自不可再生碳密集型化石燃料，包括煤、石油和天然氣。過度依賴燃燒化石燃料帶來了許多環(huán)境問題，增加了全球經(jīng)濟(jì)的負(fù)擔(dān)。隨著世界的不斷發(fā)展，能源需求迅速增長(zhǎng)，地球不可再生能源總量相當(dāng)有限。因此，為了滿足日益增長(zhǎng)的能源需求，減少對(duì)環(huán)境的應(yīng)力，需要安全、實(shí)用、可持續(xù)、性能良好的能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備。

　　電化學(xué)電容器*近引起了人們的極大興趣，包括顯著的循環(huán)效率、預(yù)期的循環(huán)壽命、快速充放電率和優(yōu)良的功率密度，以及便攜式電子、混合電動(dòng)汽車和存儲(chǔ)器的備用設(shè)備。毫無疑問，活性炭雙層電容器的性能主要取決于其電極材料的類型和形式。超級(jí)電容器的紋理電位電極材料研究以各種形式進(jìn)行了報(bào)道。以活性炭為材料，如活性炭、石墨烯、碳納米結(jié)構(gòu)，如管道和纖維、來自碳化物的碳等。

　　此外，活性炭具有多孔結(jié)構(gòu)豐富、雜原子自摻雜、物理化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于能源相關(guān)領(lǐng)域，以滿足能源供應(yīng)的迫切需求。截至目前，堅(jiān)果殼、椰殼、木材、動(dòng)物骨、纖維等各種活性炭材料已被廣泛用作制造電容器的前體。大多數(shù)報(bào)告稱，活性炭的儲(chǔ)能性能超過了其他非活性炭材料的儲(chǔ)能性能。

　　活性炭的電化學(xué)性能

　　5%的電極PTFE，乙炔碳黑10%，活性炭85%。將所有材料均勻混合，然后在1.4MPa將其壓在鎳泡沫基材上，然后在真空烘箱中壓在110℃干燥12小時(shí)。每個(gè)集電器上的活性物質(zhì)量約為4.7mg·cm -2。6.通過多孔膜分離M KOH對(duì)稱雙電極電池組裝電解質(zhì)水溶液。采用循環(huán)伏安法(CV)，恒電流充放電(GCD)電化學(xué)阻抗光譜(EIS)研究樣品的電容性能。在0.01Hz-100KHz在5的頻率范圍內(nèi)mV在開路電位下測(cè)量范圍EIS光譜。所有電化學(xué)測(cè)量均在電化學(xué)工作站進(jìn)行。所有試驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。

　　活性炭的形狀和結(jié)構(gòu)

　　四個(gè)活性炭樣品(LSC-1-4)的XRD圖譜顯示沒有尖銳和強(qiáng)峰(如圖1所示)，表示所有活性炭樣品的非晶狀態(tài)。一方面位于23左右°位于44的寬峰和寬峰°弱峰是無定形石墨碳的特征峰，表明LSC樣品的石墨化程度有限。另一方面，以44°中心弱峰的出現(xiàn)表明電導(dǎo)率的提高。特別地，LSC-1在44°與其他樣品相比，觀察到的尖銳峰值表明，LSC-石墨化程度提高。

　　電化學(xué)表征活性炭

　　基于活性炭的超級(jí)電容器的活性炭樣品(SC-LSC)的電容性，LSC-3和LSC-4通過電化學(xué)技術(shù)序列進(jìn)行評(píng)估，包括室溫下CV，GCD和EIS測(cè)試。圖2顯示了四個(gè)不同掃描速率的人SC-LSC的CV電勢(shì)窗的范圍為0-0.8V。如所見，所有超級(jí)電容活性炭在相對(duì)較低的掃描速率下具有理想的矩形電容性能，即充電 - 雙層電容器在放電過程中的典型性質(zhì)。即使在500 mV·s -在1的高掃描速率下，如圖2所示d，SC-LSCs的CV由于樣品的優(yōu)良導(dǎo)電性和低質(zhì)量傳輸電阻，曲線保持了伏安曲線的準(zhǔn)矩形狀，幾乎沒有變形。顯然，短離子通道和電解質(zhì)儲(chǔ)層的快速離子運(yùn)輸來自活性炭樣品的分層孔結(jié)構(gòu)。類似地，超級(jí)電容活性炭由于理想的分層多孔結(jié)構(gòu)和活性炭的高表面積而顯示出*高的電容值。

　　碳化活化前，由纖維材料合成四種活性炭。所有制備的活性炭主要表現(xiàn)為微孔結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)通過ZnCl 2活化法制備的活性炭表現(xiàn)出*大的比表面積，在所有活性炭樣品中表現(xiàn)出*佳的電化學(xué)性能，其中0.1A·g 的電容為107.4F·g -1 -1.對(duì)稱雙電極電池。隨著電流密度大于1，這些活性炭基超級(jí)電容器的電容僅大于1A·g -而略有變化。所有超級(jí)電容器在1中顯示出優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性A·g -1的 充放電循環(huán)5000次后，LSC-1型超級(jí)電容器的電容保持在92.6%以上。這些結(jié)果表明，纖維材料是合理設(shè)計(jì)和制備具有高表面積和優(yōu)良電化學(xué)性能的活性炭的好候選人。