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，地球不可再生能源總量相當(dāng)有限。因此，為了滿足日益增長的能源需求，減少對環(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、混合電動汽車和存儲器的備用設(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，活性炭的儲能性能超過了其他非活性炭材料的儲能性能。

　　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在開路電位下測量范圍EIS光譜。所有電化學(xué)測量均在電化學(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)行評估，包括室溫下CV，GCD和EIS測試。圖2顯示了四個(gè)不同掃描速率的人SC-LSC的CV電勢窗的范圍為0-0.8V。如所見，所有超級電容活性炭在相對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.對稱雙電極電池。隨著電流密度大于1，這些活性炭基超級電容器的電容僅大于1A·g -而略有變化。所有超級電容器在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。