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孔结构对煤基活性炭电极材料电化学性能的影响

张传祥 , 张睿 , 邢宝林 , 成果 , 谢应波 , 乔文明 , 詹亮 , 梁晓怿 , 凌立成

以太西无烟煤为前驱体,NaOH为活化剂制备电化学电容器电极材料.采用N2吸附法及电化学测试对活性炭的孔结构和电化学性能进行了表征.在1mol/L (C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯有机电解液体系中,研究了孔结构对活性炭电极材料的电化学性能的影响.结果表明:以NaOH为活化剂可制备出比表面积943mol/L～2479mol/L、比电容57F/g～167F/g的活性炭电极材料.活性炭电极材料的比电容不仅取决比表面积,而且与活性炭的孔径分布有关.孔径为2nm～3nm的中孔的存在可以有效降低电解液的扩散阻力,提高电极材料比表面积的利用率,从而使电容器的电化学性能得到增强.

关键词: 活性炭 , 电化学电容器 , 电化学性能 , 孔结构

氧化前处理对炭气凝胶孔结构的影响

张睿 , 李雯 , 胡子君 , 龙东辉 , 谢应波 , 成果 , 凌立成 , 杨俊和

新型炭材料

在110℃～170℃范围内对糠醛-酚醛基有机气凝胶进行氧化处理1h～7h,考察了氧化对有机气凝胶热裂解产生的炭气凝胶孔结构的影响.结果表明:氧化可避免有机气凝胶纳米骨架在裂解过程中的塑性阶段发生,有机气凝胶的适度氧化有利于纳米结构的稳定化;由于空气在大、中、微孑L中扩散的差别,氧化前处理对炭气凝胶的大、中、微孔有不同的影响,尤其对接近中孔的大孔影响最大.在所考察的氧化温度和时间内,130℃/7h时或150℃/3h时的适度氧化条件下,可显著提高中孔孔容、中孔比表面和BET比表面.

关键词: 有机气凝胶 , 炭气凝胶 , 氧化处理 , 孔结构

NaOH活化法中碱炭比对孔结构和电化学性能的影响

谢应波 , 张维燕 , 张睿 , 成果 , 张传祥 , 乔文明 , 凌立成

材料科学与工艺

采用沥青焦为原料,以NaOH化学活化法制备出不同碱炭比(R)系列活性炭.用氮气吸附和脱附等温线计算出BET比表面积、DFT孔径分布及孔容,并且通过直流循环充放电、循环伏安等表征方法研究了其电化学性能.实验结果表明,R值对活性炭的BET比表面积、DFT孔径分布及孔容有良好的调控作用:当R=5时,其最大BET比表面积为1089m~2/g,孔容达0.53 cm~3/g,当R=3时,其孔径分布在1.0-2.0nm百分比达36.2%;其直流循环充放电曲线较好,循环伏安曲线也近似矩形,表明具有良好双电子层电容器电极材料特性,在3moL/L的KOH电解液体系中,最大质量比电容、体积比电容、单位面积比电容分别达202F/g、143F/cm~3、32.9μF/cm~2;在1 moL/L(C_2H_5)_4NBF_4/Pmpylene Carbonate(PC)电解液体系中,最大质量比电容、体积比电容、单位面积比电容分别达149F/g、107.3 F/cm~3、20μF/cm~2.对KOH和(C_2H_5)_4NBF_4/PC电解质吸附的最佳孔径分别为1.3nm,1.5nm左右.

关键词: 活性炭 , 化学活化 , 比表面积 , 超级电容器

活性炭表面改性对双电层电容器电化学性能的影响

谢应波 , 乔文明 , 张维燕 , 孙刚伟 , 凌立成

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(09)60031-7

通过氢气还原改性和浓硝酸氧化处理对石油焦基活性炭(ACs)进行改性.采用氮气吸附和脱附等温线计算改性ACs的BET比表面积、 DFT孔径分布及孔容,以XPS方法表征改性ACs的表面含氧官能团种类及含量,改性ACs的电化学性能通过直流循环充放电、循环伏安等表征.结果表明:浓硝酸处理后,ACs比表面积和孔容均稍有减少,表面含氧官能团和比电容明显增加,内阻和自放电显著增大;氢气改性后,ACs比表面积和孔容亦稍有减少,孔径分布的变化使比电容明显增加,氧化官能团的减少降低了内阻并减少了自放电.即,氢气改性ACs的电化学性能明显提高,增加了比电容,降低了内阻和自放电.

关键词: 活性炭 , 双电层电容器 , 表面官能团 , 电化学性能