超级电容器炭电极材料的制备与性能

7500
电化学性能
结果与讨论
6 mol.L-1KOH
电化学性能
结果与讨论
6 mol.L-1KOH
Capacitance/F.g-1 Capacitance/F.g-1
400
376F/g
350
300
250
200 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 NaOH/PVDC
400 300 200 100
多孔炭电极材料
影响因素：
模板炭
活性炭
石墨烯
碳凝胶
碳纳米管
•比表面积 •孔径分布
微孔 (＜2nm) 中孔 (2-50nm) 大孔 (＞ 50nm) •电导率 •密度 •表面化学
理想的炭电极材料，应该具有什么样的孔结构？
中孔炭：无机电解液>2nm，有机电解液>5nm ➢倍率性能优异 ➢比容量偏低
微孔炭：1nm以下的微孔比电容更高 ➢比容量高 ➢倍率性能不理想
1000 800 600 400 200 0 0.0
NPV0.5 NPV1 NPV1.5 NPV2 NPV3
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Relative Pressure(P/P ) 0
结果与讨论
NaOH用量对活性炭比表面和孔容的影响
比例 0.5:1 1:1 1.5:1 2:1 3:1
SBET(m2/g) 1223 1230 1917 2297 2815
0 0
NPV0.5 NPV1 NPV1.5 NPV2 NPV3
20
1F/
20
40
60
g80 100
Current density/A.g-1
电化学性能
结果与讨论
1mol.L-1Et4NBF4/AN
3
NPV0.5
NPV1
NPV1.5
2
NPV2
NPV3
1
Voltage/V
0 0
1000 2000 3000 Charge-discharge/s
124 F/g
5
10
15
20
Current density/A.g-1
电化学性能
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结果与讨论
1mol.L-1Et4NBF4/AN
Capacitane/F.g-1
180
150 171 F/g
120 90
142 F/g
60
30
0 0
20
40
60
80 100
Scan rate/mV.s-1
结论
结论
采用NaOH与PVDC一步共热法简便地制备 出了高比表面积 (2815m2/g）、层次孔结构 的多孔炭材料。
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Relative Pressure(P/P ) 0
背景
实验方法
固相混合
炭化 活化
洗炭
NaOH& PVDC
600℃ 水洗 酸洗
1h
水洗
实验方法 活性炭
NaOH/PVDC=0.5:1，1:1，1.5:1，2:1，3:1
结果与讨论
吸脱附曲线
结果与讨论
Volume(cm3/g)
超级电容器炭电极材料的制备与性能
主要内容
研究背景 实验方法 结果与讨论 结论
研究背景
超级电容器
背景
储能机制：基于双电层电容或准电容储能 性能特点：功率密度高、循环寿命长、能快速充放电、安 全、无污染 应用：电动汽车、不间断电源、无线电通讯、高功率武器 、风能太阳能、电动工具等
电极材料是关键
背景
本工作：
一种层次孔电容炭的简便制备方法 ——NaOH与PVDC一步共热法
-(CH2-CCl2)-n + NaOH
C + NaCl + H2O
环保：NaOH吸收HCl
高比表面积、层次孔结构炭材料
Volume(cm3/g)
1000 800 600 400 200 0 0.0
NPV0.5 NPV1 NPV1.5 NPV2 NPV3
Vt（cm3/g） 0.631 0.832 1.123 1.549 1.573
孔径分布图
结果与讨论
1:1
结果与讨论
SEM
电化学性能
结果与讨论
6 mol.L-1KOH
Voltage/V
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
0
0.5 1 1.5 2 3
1500 3000 4500 6000 Charge-discharge/s
背景
层次孔结构：微孔-中孔-大孔有机结合
➢大孔储液 ➢中孔输液 ➢微孔储能
✓高比容量 ✓优异倍率性能
Science. 2006, 313, 1760–1763
层次孔炭材料的制备方法
背景
硅模板法：
微孔+中孔
聚合物模板法：
中孔+大孔
模板法+KOH活化：
微孔+中孔
无机多模板法：微孔Ad+v.中Mat孔er. 2+00大7, 1孔9, 4012–4017
Carbon. 2008, 446, 1718–1726
Angew. Chem. Int. Ed.2008, 47, 373 –376
PVDC基多孔炭
背景
PVDC是一种低含炭量的高分子，仅经高温裂解即得多孔炭：
PVDC高温裂解+NaOH活化
BiBn iXnuX, uIn, t JElHecytdrroocgheimn iEcnaeArgcyta2021000,93,55:643:22185
4000
电化学性能
结果与讨论
1mol.L-1Et4NBF4/AN
Capacitance/F.g-1 Capacitance/F.g-1
180
200
160
170 F/g150
140
100
120
100 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 NaOH/PVDC
50
0 0
NPV0.5 NPV1 NPV1.5 NPV2 NPV3