多孔纳米碳纤维的制备及其在超级电容器中的应用研究

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碳纳米管在超级电容器中的应用

碳纳米管在超级电容器中的应用在现代科技中，储存和转换电能的需求越来越高，超级电容器由于其高功率密度和长寿命等优点而备受瞩目。

其中，碳纳米管材料是超级电容器中理想的电极材料之一。

本文将从碳纳米管的结构特点、制备方法以及在超级电容器中的应用等方面进行探讨。

一、碳纳米管的结构特点碳纳米管是由若干层具有六元环结构的碳原子构成的管状结构，其直径通常在1~100纳米之间。

碳纳米管的特殊结构赋予其独特的电学、光学、力学和导热等性质，其中主要包括以下几个方面：1.良好的导电性:碳纳米管具有良好的电导率和电子迁移率，可用于制备高性能电子器件。

2.优异的力学性能:碳纳米管具有极高的模量和强度，较好的韧性和弹性，可用于制备高性能纳米机械器件。

3.优异的光学性能:碳纳米管在红外波段具有良好的透光性，可用于制备高效率的光电器件。

二、碳纳米管的制备方法目前，碳纳米管主要有化学气相沉积法、电弧等离子体放电法、激光热解法、电化学方法等多种制备方法。

这些方法各有特点，但都需要一定的设备和技术条件。

1.化学气相沉积法:该方法是通过在高温下一定气氛下沉积碳原子来制备碳纳米管，其优点是操作简便，但缺点是制备的碳纳米管质量不高。

2.电弧等离子体放电法:该方法是利用直流电弧等离子体在高温下沉积碳原子制备碳纳米管，其优点是制备出来的碳纳米管质量高，但设备复杂，成本较高。

3.激光热解法:该方法是利用激光加热碳源来制备碳纳米管，其优点是制备出的纳米管尺寸分布较小，质量高，但设备复杂，制备周期长。

4.电化学方法:该方法是通过在电解质溶液中加入碳源，利用外加电压在电极上沉积碳纳米管。

该方法简单易行，无需高温高压，但制备出的纳米管尺寸分布不均匀。

三、碳纳米管材料可用于制备超级电容器的电极材料，主要有两种方法：一种是利用碳纳米管的高表面积制备电极材料；另一种是将碳纳米管与其他电极材料复合制备电极材料。

1.利用碳纳米管的高表面积制备电极材料:碳纳米管单层结构的表面积相对较大，可以提高电极材料的活性表面积，从而提高电容器的能量密度和功率密度。

碳纤维电极材料的研究与应用

碳纤维电极材料的研究与应用近年来，碳纤维材料作为一种轻质、高强度、高性能材料，已逐渐成为各个领域研究的热点。

其中，碳纤维电极作为一种非常重要的应用，广泛应用于电池、电容器、传感器和光伏电池等领域。

本文将介绍碳纤维电极材料的研究与应用。

一、碳纤维电极材料的制备方法碳纤维电极材料的制备方法主要分为化学气相沉积法、炭黑葡萄糖凝胶法、炭化聚合物前驱体法和浸润碳化法等几种方法。

化学气相沉积法是一种通过高温反应来制备碳纤维的方法。

在反应中，碳源和催化剂被加热至高温，产生的碳物质会沉积成碳纤维。

炭黑葡萄糖凝胶法是一种利用炭黑和葡萄糖混合物，在高温条件下进行炭化反应来制备碳纤维的方法。

炭化聚合物前驱体法是一种利用有机聚合物来制备碳纤维的方法。

在这种方法中，聚合物经过高温处理后会转化为碳纤维。

浸润碳化法是一种将无定形碳材料浸渍进去的方法，然后通过高温处理来制备碳纤维，并且可以在浸润过程中控制碳化的密度和结构。

二、碳纤维电极材料的性能特点碳纤维电极材料具有质轻、高强、导电性好、生物相容性好等特点。

而且由于其具有微纳结构，能够提高电极与电解质之间的接触面积，因此含有碳纤维电极的电池具有更高的电化学性能。

碳纤维电极材料还具有很强的化学惰性，能够在各种强酸、强碱、有机溶剂等恶劣环境下使用。

此外，碳纤维电极还具有较好的抗氧化性能，可以使电池的使用寿命更长。

三、碳纤维电极材料在电池中的应用碳纤维电极材料在电池中的应用主要包括：（1）锂离子电池现代电子产品使用的锂离子电池，如手机、笔记本电脑、相机等，通常使用碳纤维电极材料制成。

碳纤维电极材料可以提高电池的能量密度和循环寿命。

（2）锂空气电池锂空气电池是一种新型高能量密度电池，由于其具有较高的理论能量密度，因此在电动汽车、无人机等领域被广泛使用。

碳纤维电极材料可以提高锂空气电池的电化学性能，提高电池的能量密度和循环寿命。

（3）超级电容器超级电容器是一种高效能、高功率、长寿命的电能储存装置，与传统的电池比较，具有大容量、快速充放电等优点。

多孔材料的电化学的应用

多孔材料的电化学的应用多孔材料是指由许多孔隙构成的材料，这些孔隙可以是微小的、细小的或者粗大的，其尺寸范围通常在奈米到毫米之间。

多孔材料具有高度的表面积、良好的通透性和可调节的孔径大小，在电化学领域具有广泛的应用，主要包括超级电容器、锂离子电池、燃料电池和电解水制氢等方面。

本文将重点介绍多孔材料在超级电容器和锂离子电池中的应用。

超级电容器是一种新型的储能装置，它具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命等优点，被广泛应用于能量回收、电动汽车和可再生能源等领域。

多孔材料可以作为超级电容器电极的载体，提供了更高的表面积和更好的电荷传递性能。

常见的多孔电极材料包括碳纳米管、氧化物和聚合物等。

以碳纳米管为例，由于其具有较小的孔径和大的表面积，能够提供更多的活性表面用于储存电荷。

此外，碳纳米管的导电性能优异，能够快速传递电荷，提高超级电容器的电荷-放电效率。

因此，将碳纳米管制备成多孔结构可以显著提高超级电容器的性能。

例如，使用碳纳米管制备的多孔电极材料在实验中展现了较高的电容量和较长的循环寿命。

锂离子电池是目前最主流的可充电电池，其具有高能量密度、长循环寿命和较低的自放电率等优点。

多孔材料在锂离子电池中的应用主要体现在正负极材料和电解质方面。

多孔材料常被用作正极材料的载体，能够提供更大的表面积和更好的锂离子嵌入/脱出性能。

例如，二氧化钛（TiO2）是一种常用的正极材料，其电化学性能可以通过调节孔隙结构来提高。

多孔TiO2具有较大的表面积和较短的离子扩散路径，有利于提高锂离子的扩散速度和嵌入/脱出动力学。

因此，多孔TiO2在锂离子电池中表现出了较高的循环稳定性和倍率性能。

此外，多孔材料也可以用作电解质的吸附剂，提高锂离子电池的离子传输速率。

例如，石墨烯氧化物（GO）可以被制备成多孔结构，并且具有优异的离子吸附性能。

将多孔GO作为电解质添加剂可以提高锂离子电池的离子传输速率和循环稳定性。

总结起来，多孔材料在电化学领域具有广泛的应用前景。

多级孔炭的制备

第一部分文献综述1.1多孔炭的定义、分类及研究背景根据国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的定义，多孔炭材料(porous material) 可根据它们孔直径的大小分为三类：孔径大于50nm的孔为大孔材料(macropore material)，孔径小于2nm 的孔为微孔材料(micropore material)，孔径介于2nm～50nm的孔为介孔材料(mesopore material)[1]。

多级孔炭材料是指具有不同孔隙结构的新型炭素材料。

多孔炭材料具有耐高温、耐酸碱、导电、导热等一系列特点，已在气体和液体的精制与分离以及电子工业、生物材料和医学等诸多领域得到广泛的应用。

随着现代科技的飞速发展，多孔炭材料的应用领域在不断的扩展，近年来还陆续开发了适用于各种不同应用目的的多孔炭材料新品种，除作为吸附、分离材料外，作为催化材料、电子能源材料、生物工程材料的应用也陆续得到研究和开发，人们对于多孔炭材料的要求也越来越高。

多孔炭材料是一种最常用的吸附剂，通常由煤炭或木材加工而成。

多孔炭材料以其价廉和性能优越，在废水处理、吸附催化、催化载体、超级电容器等[2~6]方面的应用越来越广泛，市场需求也越来越大，而原有原材料煤炭和木材随着世界资源的紧张和森林保护意识的加强，显得尤为短缺。

因此，开发新型原材料制备多孔炭材料是当前研究的的热点方向，国内外学者探讨了采用椰壳、果皮、废旧轮胎、沥青等制备多孔炭材料[7~10]，取得了一定的成果。

具有不同孔径分布和比表面积的多孔炭作为一种功能性炭材料，其在不同领域的用途也比较明确。

以微孔(<2nm)为主的多孔炭材料主要吸附小分子，可用于气体分离与纯化、吸附储存天然气等；以中孔(2~50 nm)为主的多孔炭材料能够吸附大分子，可担载触媒、药剂，用作化学反应的催化剂或催化剂载体、离子交换材料和电极材料等；以大孔(>50 nm)为主的多孔炭材料可担载细菌、微生物，使无机炭材料发挥生物机能，还可用作绝热、隔音材料等[11]。

新型纳米炭材料的研究与应用

新型纳米炭材料的研究与应用随着科学技术的不断发展，各种新型材料层出不穷，其中纳米材料备受关注。

纳米材料具有很多独特性质，例如尺寸效应、表面效应和量子限制效应等。

新型纳米炭材料是近年来备受科学家们研究的一种重要材料。

本文将从新型纳米炭材料的概念、研究现状和应用前景三个方面进行探讨。

一、新型纳米炭材料的概念新型纳米炭材料是指由纳米尺寸碳材料构成的一种新型材料。

它包括纳米炭纤维、多孔炭材料、纳米金刚石等多种形式。

新型纳米炭材料具有导电性、导热性、机械强度高、分子吸附性能好、化学稳定性高等独特性质。

它们的材料结构比传统的碳材料更加复杂，具有更高的表面积和更多的活性位点，因此在电化学、催化、分离、吸附、储能等方面具有广泛的应用前景。

二、新型纳米炭材料的研究现状1. 纳米炭纤维的研究纳米炭纤维是一种由纳米尺度的碳纤维组成的材料。

它具有高比表面积、机械强度高、导电性好和化学稳定性高等特点。

近年来，科学家们研究了纳米炭纤维的制备方法和应用。

目前，纳米炭纤维主要应用于电化学储能领域，例如超级电容器、锂离子电池、燃料电池等方面。

同时，纳米炭纤维还可以用于催化、分离和吸附等方面。

2. 多孔炭材料的研究多孔炭材料是一种由粉末炭、活性炭等制备而成具有多孔结构的材料。

它具有高比表面积、良好的吸附性能和高温稳定性等特点。

多孔炭材料的制备方法有很多种，例如气相渗透法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法等。

多孔炭材料可以用于催化、分离、吸附、储能、传统能源替代等方面。

例如，多孔炭材料可以用于制备高效催化剂、制备高效吸附材料等。

3. 纳米金刚石的研究纳米金刚石是指具有纳米尺度结构的金刚石材料。

它具有高硬度、高强度、高导热性、高耐磨性等特点。

科学家们研究了纳米金刚石的制备和应用。

目前，纳米金刚石主要应用于磨料、润滑、生物医学等领域。

例如，纳米金刚石可以用于制备高性能润滑油、生物传感器等。

三、新型纳米炭材料的应用前景新型纳米炭材料具有广泛的应用前景。

多孔碳材料的制备及其应用

多孔碳材料的制备及其应用
多孔碳材料的制备及其应用
一、什么是多孔碳材料
多孔碳材料是指具有一定的孔隙度和孔径分布的碳材料。

它具有大的
比表面积、良好的化学稳定性和导电性能，因此在多个领域有着广泛
的应用。

二、多孔碳材料的制备方法
1. 碳化方法：通过碳化有机物质得到多孔碳材料。

常用的碳源有聚合物、生物质和天然矿物。

制备方法包括高温炭化、半焦炉碳化和气相
碳化等。

2. 模板法：将具有孔隙度的材料作为模板，在其表面包覆一定的碳源，再进行炭化处理，即可得到多孔碳材料。

常用的模板材料有硅胶、纳
米颗粒、纤维素等。

3. 化学法：利用化学反应在材料表面或内部引入孔道，得到多孔碳材料。

常用的化学处理包括氧化、酸洗、碱洗等。

三、多孔碳材料的应用领域
1. 电化学储能领域：多孔碳材料在锂离子电池和超级电容器中有着广
泛的应用，因其具有大的比表面积和导电性能。

2. 气体吸附领域：多孔碳材料在吸附剂领域有着重要的应用，如制备
吸附天然气的催化剂、空气净化等。

3. 催化剂领域：多孔碳材料可以制备成各种形貌的催化剂，具有高度的催化性能和选择性，应用于催化加氢、催化裂化、脱氮等反应。

4. 生物医学领域：多孔碳材料可以用于药物递送、生物成像等，具有良好的生物相容性和生物活性。

总之，多孔碳材料具有广泛的应用前景，不断发展和创新制备方法，将会在各个领域得到更为广泛的应用。

静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维

静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维李静;乔辉;魏取福【摘要】用静电纺丝法制备了聚丙烯腈(PAN)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合纳米纤维,经预氧化、高温炭化,制备用作锂离子电池负极材料的碳纳米纤维(CNF).透射电子显微镜(TEM)和比表面积分析发现:制备的CNF具有多孔结构,比表面积达到572.9 m2/g,平均孔径为33.6 nm.以50 mA/g的电流在0.01～ 3.00V循环,制备的多孔CNF的首次放电比容量为333.3 mAt/g,第20次循环的可逆比容量为231.8 mAh/g,充放电效率近90％.%Polyacrylonitrile (PAN)/poly(methyl methacrylate) (PMMA) composite nanofibers were prepared by electrospinning technique,then porous carbon nanofibers (CNF) as anode material for Li-ion battery were obtained by pre-oxidation and high temperature carbonation. The analyses of transmission electron microscopy (TEM) and specific surface area showed that the as-prepared CNF had porous structure,the specific surface area was 572.9 m2/g,the mean pore size was 33.6 nm. When cycled in 0.01 - 3.00 V with the current of 50 mA/g,the initial specific discharge capacity of the as-prepared porous CNF was 333.3 mAh/g, the reversible specific capacity was 231.8 mAh/g at the 20th cycle, the charge-discharge efficiency was near 90% .【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2011(041)003【总页数】3页(P132-134)【关键词】静电纺丝法;碳纳米纤维(CNF);多孔结构;负极材料;充放电性能【作者】李静;乔辉;魏取福【作者单位】江南大学纺织服装学院,生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡214122;江南大学纺织服装学院,生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡214122;江南大学纺织服装学院,生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TM912.9锂离子电池所用的碳负极材料,主要为石墨类材料和低温热解碳。

纤维素基碳材料及其在超级电容器中的应用进展

文章编号:1001-9731(2021)02-02078-07纤维素基碳材料及其在超级电容器中的应用进展*李丹妮1,白秋红1,舒羽2,白林1,陈邦1,李聪1,申烨华1,宇山浩1,3(1.西北大学化学与材料科学学院合成与天然功能分子教育部重点实验室,西安710127;2.西北大学食品科学与工程学院,西安710069;3.大阪大学工学研究科,日本大阪,565-0871)摘要:能源枯竭和环境污染问题日益严重,新型可持续能源的开发迫在眉睫㊂超级电容器作为电化学能量存储设备,具有容量大㊁功率密度高㊁循环寿命长等优势,逐渐成为研究热点㊂纤维素是自然界中广泛存在的一种天然高分子化合物,具有绿色㊁环保㊁可持续㊁成本低的特点,制备的碳材料有独特的孔结构和大的比表面积,使其在超级电容器方面的应用成为一个主要研究方向㊂通过对碳材料的孔结构调控和表面改性,或与电容较高的其他材料进行复合,可以明显提高碳材料比电容和能量密度,使超级电容器电化学性能提高㊂本文总结了近年来国内外纤维素基碳材料制备方法㊁性能调控及其在超级电容器方面的应用进展㊂最后,对纤维素基碳材料未来的研究方向和发展进行了展望㊂关键词:纤维素;碳材料;复合材料;性能调控;超级电容器中图分类号: O646文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.02.0100引言随着人口增长和人类社会的发展,化石能源例如煤炭㊁石油等不可再生能源的过度消耗及其所造成的环境污染问题,已引发了一系列严重的社会危机㊂开发新能源或新型储能能力强㊁可再生的储能系统成为当今能源领域重要的研究方向[1]㊂超级电容器作为电化学储能设备,凭借功率密度高㊁充放电快㊁循环寿命长㊁成本低㊁无污染等优势吸引了人们广泛关注[2],其主要由电极材料㊁电解质㊁集流体和隔膜组成[3]㊂超级电容器按照储能机理主要分为两类:双电层电容器和法拉第赝电容器[4],前者主要依靠电极表面离子吸附储存电荷,而赝电容器通过电极材料和电解液之间快速可逆的氧化还原反应实现电荷储存㊂在各部分组件中,电极直接影响其电荷储存能力,故电极性能对超级电容器性能至关重要㊂目前超级电容器电极材料主要有碳材料㊁金属氧化物和导电聚合物等[5]㊂碳材料由于其孔结构可控㊁导电率高㊁比表面积大㊁理化性能稳定等特点,成为超级电容器理想的电极材料[6]㊂1纤维素碳材料制备方法纤维素是自然界中含量最丰富的天然高分子聚合物之一,具有可再生㊁无毒㊁可降解的特性[7],并且占植物界碳含量50%以上,有天然的独特结构和层次孔隙,是制备碳材料的优良原料㊂纤维素来源主要包括两类,以木材和农业废弃物例如果壳㊁秸秆㊁果皮㊁甘蔗渣等为代表的天然纤维素和细菌纤维素㊂纤维素碳材料由于其比表面积大和表面多孔等独特性质被广泛用于超级电容器电极材料[8]㊂纤维素碳材料的制备方法主要有直接碳化法㊁活化法㊁水热法㊁模板法㊁微波辅助法等㊂直接碳化法所需反应温度高,反应时间长,得到的多孔碳材料孔隙度较低,近年来已经不太单独使用,本文对其不再赘述㊂1.1活化法1.1.1物理活化法物理活化法,或称热活化,高温下以水蒸气㊁C O2等为活化剂,碳表面活性位点与通入的气体发生反应,将碳表面蚀刻的同时,达到开孔造孔效果㊂J u n g等[9]采用棕榈壳㊁核桃壳和腰果壳为原料, C O2为活化气体,通过物理法制备活性炭,每种生物质最终所得活性炭的表面积为700~810m2/g,且所有活性炭均具有微孔性质㊂1.1.2化学活化法化学活化法是用化学试剂对碳材料进行侵蚀,形成具有多孔和较大比表面积的生物质碳材料,所需炭化温度一般在500~800ħ之间,相比物理活化法低㊂一般常用的化学活化法试剂包括K O H㊁Z n C l2㊁H3P O4等㊂870202021年第2期(52)卷*基金项目:国家重点研发计划资助项目(2019Y F D1002400);陕西省重点研发计划国际科技合作一般项目资助项目(2019KW-041);国家自然科学基金资助项目(21975203);榆林市科技计划资助项目(2016-15-3)收到初稿日期:2020-08-07收到修改稿日期:2020-12-23通讯作者:舒羽,E-m a i l:y_s h u@n w u.e d u.c n;申烨华,E-m a i l:y h s h e n@n w u.e d u.c n作者简介:李丹妮(1996 ),女,陕西宝鸡人,硕士研究生,师承申烨华教授,从事生物质碳材料的制备及储能应用研究㊂C a i等[10]采用腰果壳为原料,先预碳化后与K O H 以不同质量比混合活化加热,得到生物质碳材料㊂实验显示碱碳质量比为4ʒ1时碳材料比表面积最大,为2742m2/g,总孔体积为1528c m3/g㊂根据两种活化方法的原理和特点,表1列出了物理活化法和化学活化法优缺点㊂表1物理活化法和化学活化法优缺点T a b l e1P h y s i c a la c t i v a t i o na n dc h e m i c a la c t i v a t i o nh a v e a d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e s方法物理活化法化学活化法优点不使用化学试剂,对环境友好性较高制备的碳材料孔隙率高,可通过改变工艺参数调整孔径大小缺点活化时间长,温度高,活化剂量大,耗能高,经济投入大引入大量化学试剂,腐蚀设备,污染环境,所得碳材料易有化学药品残留,后续处理费时费力1.2水热法水热法是将含碳物质置于水热反应釜中,以水为反应溶剂,高温高压下一种脱水脱羧的加速煤化过程㊂相对于物理活化法和化学活化法,水热法对实验要求低,更环保㊂Y e等[11]以锦葵坚果壳为原料,结合水热法和K O H活化得到碳材料㊂水热处理前碳材料比表面积仅28.3m2/g,水热处理后经K O H活化的碳材料比表面积达到1842m2/g,其中微孔率为88%㊂水热法与传统热解技术相比,碳转化率高,反应条件温和,其脱水脱羧过程为放热过程,为反应提供了部分热能,因此耗能低㊂并且处理设备简单,操作方便,是有广阔发展前景的生物质能源转换技术[12]㊂1.3模板法模板法是一种以多孔材料为模板,以含碳的生物质小分子为碳源,通过一定的方法将碳源注入模板的孔道中,使其聚合㊁固化,然后通过高温碳化形成碳和模板的混合体,最后除去模板而得到生物质碳的方法[13]㊂朱文均等[14]采用生物模板,将柚子皮既做碳源又做模板,与高锰酸钾通过化学浸渍和煅烧处理制成氧化锰/碳复合材料㊂柚子皮模板原位转变为碳基体,同时M n O颗粒均匀负载于碳基体形成M n O/C复合材料,有效缩短电子和离子的传输路径,促进电化学反应进行㊂在0.2A/g电流密度下循环100次后可逆容量依旧保持在664m A h/g,在3A/g大电流密度下,可逆容量仍有441m A h/g㊂1.4微波辅助法微波辅助法是近年来制备活性炭的新方法,相对于传统的加热加压方法,其具有高效㊁非接触㊁快速㊁均匀㊁操作简便等优点[15-16]㊂D u rán-J i mén e z等[17]使用微波技术研究不同输入功率和反应时间下山核桃果壳的热解,将所得碳材料和直接碳化法的碳材料对比,表明微波加热可以得到与直接碳化法相似结构参数的微孔碳材料,且微波加热处理时间仅3m i n(常规加热则需要268m i n)㊂目前,微波辅助作为活性炭制备的新技术,虽不及传统方法使用广泛,但其优势特点不容忽略,未来在碳材料制备方面将会有更广泛的应用㊂2纤维素基碳材料性能调控及其在超级电容器中的应用在各种超级电容器电极材料中,碳基材料导电性好㊁比表面积大㊁化学惰性,应用广泛[18]㊂碳材料的储能机理主要基于电荷在电极表面的储存,研究发现通过对碳材料的孔结构调控和表面改性,或与电容较高的材料复合,可提高碳材料比电容和能量密度,使超级电容器电化学性能提高并且有更高效和广泛的应用㊂2.1孔结构调控现已有各种方法来调控生物质碳材料的孔大小和形状㊂如加入不同种类添加剂,或改变碳材料制备方法等来改变孔的形状㊁大小或孔的分布状态,从而提高碳材料的性能㊂O k o n k w o等[19]以富含氮的螺旋藻提取物为添加剂,K O H为活化剂,将蓖麻壳粉与两者混合浸渍㊂高温加热后形成具有独特的互连网络结构氮掺杂微介孔结构材料(C S S K),比表面积为1527m2/g㊂螺旋藻提取物添加剂和K O H的共同作用控制蓖麻壳粉的碳化过程,形成了微介孔结构㊂除加入添加剂外,一些其他技术手段也可以起到调控碳材料孔结构的作用㊂Z h a n g等[20]选用落叶松木屑为碳源,采用生物质液化技术,通过硅源原位掺杂法制备碳材料㊂通过掺杂模板很好地调节碳材料形态和多孔结构,最佳实验条件下制得的材料显示出丰富的孔结构,具有较大的孔径分布(1~10n m)㊂2.2表面改性除了孔结构调控,碳材料表面官能团的引入以及材料表面基团的改变,能改变材料的亲水性和润湿性,增加活性位点,改善碳材料的电化学性能㊂表面改性主要通过杂原子掺杂实现碳材料性能调控,常见的杂原子掺杂包括氮㊁氧㊁磷㊁硫等㊂S h a n g等[21]采用鱼腥草为碳源,鱼腥草预碳化得到活性炭,将活性炭与K O H和三聚氰胺以不同质量比混合煅烧得到3D分级多孔氮掺杂纳米结构碳(N-H N C)材料,其比表面积为2090m2/g,氮含量最高可达到8.66%(质量分数)㊂海藻酸钠是氧含量丰富的有机物㊂白秋红等[22]采用细菌纤维素为碳源,海藻酸钠为氧源,将其和海藻酸钠复合后经K O H浸渍碳化活化,得到海藻酸钠/细菌纤维素多孔复合碳材料㊂由图1a~c可看出,其具有3D连续网络结构,且树枝骨架中包含微米级别孔㊂在5A/g电流密度下循环10000次后电容仍有93.8%的保持率(图1d所示)㊂97020李丹妮等:纤维素基碳材料及其在超级电容器中的应用进展图1多孔复合碳材料在不同放大倍数下的S E M图(a~c);10000次循环后电容保持率(5A/g电流密度)(插图显示充放电曲线)(d)[22]F i g1S E Mi m a g e s o f p o r o u s c o m p o s i t em a t e r i a l s a t d i f f e r e n tm a g n i f i c a t i o n(a-c);C a p a c i t a n c e r e t e n t i o n a f t e r10,000c y c l e s(5A/g c u r r e n t d e n s i t y)(i n s e t s h o w s c h a r g e-d i s c h a r g e c u r v e)(d)[22]此外,羧甲基纤维素也是氧含量较高的有机物㊂舒羽等[23]以羧甲基纤维素㊁细菌纤维素和柠檬酸为碳源和氧源,通过一步碳化活化法制备了分级结构复合多孔碳材料(H P C)㊂得到的复合多孔碳材料具有2490m2/g 的高比表面积和7.3%的氧含量㊂图2所示为不同温度条件下H P C的氮气吸附-解吸等温线和孔径分布曲线,等温线呈现I V型结构,说明H P C中含有介孔㊂此外,宽的孔径分布(0~90n m)说明材料中含有微孔,介孔和大孔㊂在电流密度0.5A/g下比电容达到350F/g,并且10000次充放电循环后,仍有96%的电容保持率㊂图2不同温度下H P C的氮气吸附-解吸等温线(a)和孔径分布曲线(b)[23]F i g2N i t r o g e n a d s o r p t i o n-d e s o r p t i o n i s o t h e r m(a)a n d p o r e d i a m e t e r d i s t r i b u t i o n c u r v e s(b)o fH P Ca t d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s[23]聚丙烯腈(P A N)是一种常用的富氮聚合物,舒羽等[24]选用杏壳为碳源,聚丙烯腈为氮源,采用热致相分离法构筑了氮掺杂杏壳/聚丙烯腈多孔复合碳材料(N D P M C)㊂由图3a~d扫描电镜图可知,N D P M C具有3D多孔结构㊂在1A/g电流密度下,比电容达到442F/g,在10A/g时,电容仍然能保留81%,具有高的比电容和优异的倍率性能㊂这种高的比电容主要是由于碳材料含有高的吡咯氮(~44.6%(原子分数))和吡啶氮(~37. 8%(原子分数)),并且在20A/g电流密度下恒电流充放电循环5000次后,电容保持率为98%,由图3e所示㊂080202021年第2期(52)卷图3 不同的杏壳/聚丙烯腈质量比下制备碳材料S E M 图,5w t %(a ),10w t %(b ),15w t %(c ),30w t %(d );N D -P M C 在20A /g 电流密度下5000次循环的电容保持率(插图显示前5次和后5次的循环)(e )[24]F i g 3S E Mi m a g e s o fA S A C /P A Nc a r b o n m a t e r i a l sw i t hd i f f e r e n tw e i gh t r a t i o s ,5w t %(a ),10w t %(b ),15w t %(c ),30w t %(d );C a p a c i t a n c e r e t e n t i o nr a t eo fN D P M Cf o r 5000c y c l e s a t 20A /g c u r r e n td e n s i t y(i n s e t s h o w s t h e f i r s t 5a n d l a s t 5c yc l e s )(e )[24]2.3 纤维素碳基复合材料纤维素碳基复合材料是将纤维素基碳材料和其他材料,如石墨烯和碳纳米管㊁导电聚合物以及过渡金属氧化物等复合,得到的复合材料不仅具备了生物质碳材料的多孔率和高比表面积,同时具备其他材料优良的电化学性能,可以有效提高超级电容器整体性能㊂2.3.1 碳/碳复合材料碳/碳复合材料是指纤维素基碳材料和其他碳材料复合,例如石墨烯㊁碳纳米管等㊂已有很多将石墨烯用于复合材料的研究,石墨烯的添加可以加快离子的扩散速度,并且有效降低了离子传送的路程[25,26]㊂刘雨璇等[27]将椰壳通过水蒸气活化法制备出活性炭,采用水热法与石墨烯通过高温水热复合,制备出的复合材料应用于超级电容器,其中比电容为186F /g,而单一的活性炭比电容仅为85F /g,表明复合材料有更良好的电化学性能㊂纤维素碳材料大的比表面积和碳纳米管的良好传导作用结合,可以增加复合材料的比电容和能量密度,形成的复合材料也具有很好的电化学性能㊂P a l i s o c等[28]采用Z n C l 2为活化剂,辣木果壳为碳源,通过化学活化法制得活性炭,将得到的活性炭和多壁碳纳米管(MW C N T )混合制成超级电容器电极㊂MW C N T 良好的导电性和活性炭大的比表面积协同作用,增大了超级电容器的比电容和能量密度㊂2.3.2 碳/导电聚合物复合材料导电聚合物是具有共轭π键的聚合物通过掺杂形成的一类特殊高分子材料,主要有聚苯胺(P A N I )㊁聚吡咯(P P y)㊁聚噻吩(P T h )等,其中聚苯胺和聚吡咯在超级电容器中应用最广泛[29]㊂熊前程等[30]以香烟滤嘴(主要成分为醋酸纤维素)为原料,采用原位聚合法与聚吡咯复合碳化后制备出复合碳材料㊂扫描电镜图如图4c 所示,可以看到聚吡咯沉积在纤维上,复合材料表面粗糙,有利于化学活化过程活化剂的渗透㊂得到的复合碳材料比表面积为图4 香烟滤嘴(a ),聚吡咯(b )和香烟滤嘴/聚吡咯复合材料(c ㊁d );香烟滤嘴/聚吡咯基复碳合材料比电容在5A/g 时随循环次数的变化(e )[30]F i g 4S E Mi m a g e s o fU C F (a ),P P y (b ),a n dU C F /P P y c o m p o s i t e (ca n dd );v a r i a t i o no f s p e c i f i c c a pa c i t a n c e w i t hc y c l en u mb e r o fc -U C F /P P y a t 5A /g(e )[30]18020李丹妮等:纤维素基碳材料及其在超级电容器中的应用进展3420m2/g,在1A/g的电流密度下比电容达到263F/g㊂5A/g电流密度下循环5000次后电容保持率为90%,循环稳定性如图4e所示㊂2.3.3碳/过渡金属氧化物复合材料过渡金属氧化物由于快速可逆的法拉第反应,被认为是高能量密度超级电容器的理想电极之一㊂但过渡金属氧化物受其电化学反应的有限活性位点的限制,并且在载体材料上没有很好的分散或负载时,团聚会引起更高的接触电阻等副作用,将对其能量存储性能产生负面影响[31]㊂研究表明,与高比表面积的生物质碳基材料复合,可以有效防止过渡金属氧化堆积和团聚,使其在碳材料表面均匀分散㊂Z h o u等[32]将油茶壳通过化学活化法制成生物质碳,在电流密度0.5A/g时电容值仅为146F/g㊂在生物质碳表面涂覆一层M n O2薄层,M n O2/生物质碳的电容显著提高,电流密度0.5A/g时电容为1126F/g㊂经过3000次循环,电容保持约97%㊂S i n a n等[33]同时采用水热法和模板法,将F e S O4㊁榛子壳和醋酸镁混合进行水热反应,醋酸镁形成氧化镁充当模板,反应后用稀乙酸除去模板㊂碳化后所得的磁铁矿-碳纳米复合粉末F e3O4/C㊂复合材料比表面积为344m2/g,在电流密度1A/g时,1m o l/L N a2S O4电解质中比电容为136F/g㊂能量和功率密度分别为27.2W h/k g和705.5W/k g㊂F e3O4/C纳米复合材料还显示出稳定的循环性能,在2A/g下循环充放电1000次,电容没有衰减㊂3结语纤维素在自然界中有丰富的储量并且绿色环保,以其为原料制备的生物质碳材料具有丰富的孔洞结构和大的比表面积,是超级电容器理想的电极材料㊂纤维素基生物质碳材料可以通过表面改性及与其他材料复合等方式,使其同时具备双电层电容和法拉第赝电容,显著增强超级电容器整体的电化学性能㊂但是,生物质碳材料受其先天结构影响,孔结构存在一定的局限性,作为超级电容器电极材料,在高电流密度下充放电时,电子传输速率慢,倍率性能较差㊂因此,如何更好的利用生物质自身形貌结构优势并且调控碳材料从而使其电化学性能进一步提高仍需要继续研究㊂不可否认的是,纤维素作为一种自然界最丰富的可持续绿色能源,未来将在超级电容器,乃至其他能源领域中有更广阔的应用和发展㊂既解决能源和环境问题的同时,又避免了资源的浪费,实现了废弃资源的高值转换与利用,对推动我国的经济发展具有积极作用㊂参考文献:[1] B i ZH,K o n g Q Q,C a oYF,e t a l.B i o m a s s-d e r i v e d p o r o u sc a r b o n m a t e r i a l s w i t hd i f fe r e n td i m e n s i o n sf o rs u p e r c a-p a c i t o re l e c t r o d e s:a r e v i e w[J].J o u r n a l o f M a t e r i a l sC h e m i s t r y A,2019,7(27):16028-16045.[2] L i uS M,L i a n g Y R,Z h o u W,e t a l.L a r g e-s c a l e s y n t h e s i so f p o r o u s c a r b o n v i a o n e-s t e p C u C l2a c t i v a t i o n o f r a p e p o l-l 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og e n-d o p e dr e d u c e dg r a p h e n e o x i d eh y b r i da sa ne x c e l l e n t c a r b o n a c e o u ss c a f-f o l d t o l o a d M n O2n a n o w a l l(P A N In a n o r o d)a sb i f u n c-t i o n a l m a t e r i a lf o rh i g h-p e r f o r m a n c es u p e r c a p a c i t o ra n d o x y g e nr e d u c t i o nr e a c t i o nc a t a l y s t[J].J o u r n a lo fP o w e r S o u r c e s,2020,447:227387.[6] Z h a n g Y,L i uL,Z h a n g PX,e t a l.U l t r a-h i g hs u r f a c e a r e aa n dn i t r o g e n-r i c h p o r o u sc a rb o n s p r e p a r e db y a l o w-t e m-p e r a t u r e a c t i v a t i o nm e t h o dw i t hs u p e r i o r g a s s e l e c t i v e a d-s o r p t i o n a n d o u t s t a n d i n g s u p e r c a p a c i t a n c e p e r f o r m a n c e[J].C h e m i c a l E n g i n e e r i n g J o u r n a l,2019,355:309-319.[7] Z h a n g XF,L iH,Z h a n g W,e t a l.I n-s i t u g r o w t ho f p o l y-p y r r o l eo n t ob a m b o oc e l l u l o s e-d e r i v e dc o m p r e s s i b l ec a r-b o na e r o g e l sf o rh i g h p e r f o r m a nc es u p e r c a p a c i t o r s[J].E l e c t r o c h i m i c aA c t a,2019,301:55-62.[8] M a r tín e z-C a s i l l a sDC,M a s c o r r o-G u t i e r r e z I,A r r e o l a-R a m o sCE,e t a l.As u s t a i n a b l ea p p r o a c ht o p r o d u c ea c t i v a t e dc a r b o n sf r o m p e c a n n u t s h e l l w a s t e f o r e n v i-r o n m e n t a l l y f r i e n d l y s u p e r-c a p a c i t o r s[J].C a r b o n,2019,148:403-412.[9]J u n g SH,O hS J,C h o i GG,e t a l.P r o d u c t i o n a n d c h a r a c-t e r i z a t i o no f m i c r o p o r o u s m i c r o p o r o u sa c t i v a t e dc a r b o n sa n dm e t a l l u r g i c a lb i o-c o k ef r o m w a s t es h e l lb i o m a s s[J].J o u r n a l o f A n a l y t i c a la n d A p p l i e d P y r o l y s i s,2014,109: 123-131.[10]C a iN,C h e n g H,J i n H,e t a l.P o r o u s c a r b o nd e r i v e d f r o mc a s h e wn u t h u s kb i o m a s sw a s t e f o rh i g h-p e r f 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e p l e t i o na n de n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o nh a v eb e c o m e i n c r e a s i n g l y s e r i o u s,a n d t h ed e v e l o p m e n t o f n e ws u s t a i n a b l e e n e r g y s o u r c e s a n d/o r n o v e l e n e r g y s t o r a g e a n d c o n v e r s i o n s y s t e mi s i mm i-n e n t f o r u s.A sa ne l e c t r o c h e m i c a l e n e r g y s t o r a g ed e v i c e,s u p e r c a p a c i t o r sh a v em a n y a d v a n t a g e s,s u c ha s l a r g e c a p a c i t y,h i g h p o w e r d e n s i t y,a n d l o n g l i f e,f a s t c h a r g i n g a n d d i s c h a r g i n g,a n dh a v e g r a d u a l l y b e c o m e a r e s e a r c h f o c u s.C e l l u l o s e i sak i n do fn a t u r a l p o l y m e rc o m p o u n d w i d e l y e x i s t i n g i nn a t u r e,i n c l u d i n g c e l l u l o s ed e r i v e d f r o m p l a n t s a n db a c t e r i a l c e l l u l o s e.I th a s t h e c h a r a c t e r i s t i c so f g r e e n,r i c h,e n v i r o n m e n t a l l y f r i e n d l y,s u s t a i n-a b l e a n d l o wc o s t,a n dc e l l u l o s eh a v eb e e nc o n s i d e r e da s i m p o r t a n t c a n d i d a t e f o r p r e p a r a t i o no f p o r o u s c a r b o n d u e t ou n i q u e a d v a n t a g e s a n dh i g h c a r b o n c o n t e n t.B e c a u s e o f i t s u n i q u e p o r e s t r u c t u r e a n d l a r g e s p e c i f i c s u r f a c e a r e a,t h e a p p l i c a t i o no f c e l l u l o s e-b a s e dc a r b o n m a t e r i a l sa n dt h e i rc o m p o s i t e s i ns u p e r c a p a c i t o r sh a sb e c o m ea m a j o r r e s e a r c hm a i nd i r e c t i o n.T h e s p e c i f i c c a p a c i t a n c e a n d e n e r g y d e n s i t y o f t h e c a r b o nm a t e r i a l c a nb e s i g n i f i-c a n t l y i m p r o v e d b y a d j u s t i n g t h e p o r e s t r u c t u r e a n d s u r f a c em o d i f i c a t i o n o f t h e c a r b o nm a t e r i a l,o r b y c o m b i n i n g c a r b o nm a t e r i a lw i t ho t h e rm a t e r i a l sw i t h g o o de l e c t r o c h e m i c a l p e r f o r m a n c e,s oa s t o i m p r o v e t h e s u p e r c a p a c i-t i v e p e r f o r m a n c e o f b i o m a s s c a r b o nm a t e r i a l s.I n t h i s p a p e r,t h e p r e p a r a t i o n m e t h o d so f c e l l u l o s eb a s e dc a r b o n m a t e r i a l s,t h e p r o p e r t i e sr e g u l a t i o n m e t h o do fc a r b o n m a t e r i a l sa n dt h e i ra p p l i c a t i o n si ns u p e r c a p a c i t o r sa r e s u mm a r i z e d.F i n a l l y,t h e f u t u r e r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t o f c e l l u l o s e-b a s e d c a r b o nm a t e r i a l s a r e p r o s p e c t e d. K e y w o r d s:c e l l u l o s e;c a r b o nm a t e r i a l;c o m p o s i t em a t e r i a l;p e r f o r m a n c e c o n t r o l;s u p e r c a p a c i t o r 480202021年第2期(52)卷。

多孔碳材料的熔盐法制备、结构调控及电容性能研究

多孔碳材料的熔盐法制备、结构调控及电容性能研究作为一种绿色储能器件,超级电容器具有大的功率密度、好的循环稳定性以及高的安全性等优势,但目前的瓶颈问题是能量密度较低。

为了提高超级电容器的能量密度,设计合成高性能的电极材料具有重要的意义。

碳材料作为基础电极材料,就其理想结构而言,二维片状结构能够缩短电解液离子的传输距离,同时有利于电子的快速传递;分级孔结构能协同发挥作用,介孔可以为电解液离子提供更畅通的传输通道、提高离子传输速率,微孔则可以为电极材料提供更多的活性位点。

但具有分级孔结构的二维片状碳材料的制备目前缺乏绿色高效的手段,其制备过程通常要涉及到大量强腐蚀性试剂或有毒试剂,而且,到目前为止,大多数碳材料的制备都是在惰性气氛下进行的,整个制备过程通常要耗费相当长的时间,这无疑造成了大量惰性气体的浪费以及相应设备成本的提高。

鉴于此,本论文设计构思了以惰性盐为密封、活化双功能介质,在空气气氛中制备多孔碳材料的策略。

基于高温状态下熔融盐对碳产物的刻蚀作用以及盐的模板效应,以及高温下空气气氛中的氧气与高活性的碳原子反应,本研究选择生物质为前驱体,来构筑具有分级孔结构的二维碳片材料,并系统研究材料的电容性能。

论文主要内容如下:（1）以富含蛋白质的三叶草为前驱物,惰性盐KCl为密封、活化双功能介质,在空气气氛中制备了氮掺杂多孔碳材料。

由于高温状态下熔融盐对碳产物的刻蚀作用以及盐的模板效应可以在产物中引入介孔和大孔,同时高温下空气气氛中的氧气能进一步与高活性的碳原子反应,在产物中引入大量的微孔,所制备的二维片状结构碳材料具有高的比表面积(2244 m<sup>2</sup>g<sup>-1</sup>),充足的大孔、介孔和微孔以及丰富的氮掺杂。

应用于超级电容器电极材料时,薄的二维结构缩短了离子传输距离,丰富的介孔为电解液离子提供了方便的传输通道,大量的微孔为电荷提供了丰富的离子吸附位点,氮原子掺杂改善了电极材料的浸润性并提供赝电容。

纳米多孔碳材料的制备与应用

纳米多孔碳材料的制备与应用纳米多孔碳材料作为一种重要的材料，在许多领域中都有着广泛的应用。

它具有高度的比表面积、良好的电化学性能和独特的化学稳定性，因此在能源存储、催化剂、吸附分离等方面发挥着重要作用。

纳米多孔碳材料的制备方法多种多样，其中一种常用的方法是模板法。

模板法通过选择合适的模板，在其表面沉积碳源，然后去除模板得到纳米多孔碳材料。

常用的模板有硅胶、纳米颗粒和有机聚合物等。

通过调控模板的形状和尺寸，可以得到具有不同孔结构和孔径分布的纳米多孔碳材料。

纳米多孔碳材料在能源存储领域的应用受到广泛关注。

由于其高比表面积和优良的导电性，纳米多孔碳材料被用作电化学超级电容器和锂离子电池的电极材料。

通过调控碳材料的孔结构和孔径分布，可以提高电化学反应的速率和电容量。

此外，纳米多孔碳材料还可以用作储能材料，用于存储气体、液体和氢能等。

在催化剂领域，纳米多孔碳材料也有着重要的应用。

由于其高度开放的孔道结构和丰富的活性位点，纳米多孔碳材料可以作为催化剂的载体或直接作为催化剂使用。

通过调控纳米多孔碳材料的孔结构和孔径分布，可以增加反应通道和提高催化效率。

此外，纳米多孔碳材料还可以用于电催化、光催化和生物催化等方面，为催化领域的研究和应用提供了新的思路和方法。

纳米多孔碳材料还可以用于吸附分离领域。

由于其高比表面积和调控孔结构的能力，纳米多孔碳材料可以用来吸附和分离小分子、气体和离子等。

例如，纳米多孔碳材料可以用于污染物的吸附和去除，环境保护和水处理方面具有很大的潜力。

此外，纳米多孔碳材料在药物传递和生物检测等方面也有着广泛的应用。

虽然纳米多孔碳材料在各个领域中都有广泛的应用，但是其制备过程仍然面临一些挑战。

首先，纳米多孔碳材料的制备方法需要考虑孔结构的调控和碳源的选择。

其次，纳米多孔碳材料的制备过程需要注意反应条件的控制和材料的纯度。

最后，纳米多孔碳材料的应用需要进一步研究和开发，以满足实际应用中的需求。

综上所述，纳米多孔碳材料作为一种重要的材料，在能源存储、催化剂和吸附分离等领域具有广泛的应用。

Co3O4纳米线的制备及其在超级电容器中的应用

重庆大学本科学生毕业设计(论文)Co3O4纳米线的制备及其在超级电容器中的应用学生：张占胜学号：********指导教师：肖鹏专业：应用物理学重庆大学物理学院二O一三年六月Graduation Design (Thesis) of Chongqing UniversityPreparation of Co3O4 nanowires and its application in super capacitorUndergraduate: Zhang ZhanshengSupervisor: Prof. Xiao PengMajor: Applied PhysicsPhysics CollegeChongqing UniversityJune 2013摘要超级电容器可分为双层电容器和赝电容器，它具有如下优点：1.充电时间短2.使用寿命长3.温度特性好4.节约能源5.绿色环保.法拉第赝电容不但可以发生在电极表面，而且可以发生在整个电极内部发生，因此，赝电容可获得比双电层电容高的比电容和比能量.赝电容型超级电容器的电极材料包括金属氧化物与聚合物，金属氧化物作为正极材料包括2MnO ，52O V 等，导电聚合物材料包括如PPY 、PTH 、PAni 、PAS 、PFPT 等经P 型或N 型或P/N 型掺杂材料制取电极，以此制备的超级电容器目前多处于研究阶段，还远没有实现产业化生产，而Co 3O 4电极材料因为价格低廉，良好的电化学性能而受到广泛的关注.实验用水热法生成Co 3O 4电极，生成过程分为两个步骤，首先是在钛片上用电化学氧化腐蚀的办法形成tio2纳米管，然后再在做成的tio2纳米管基底上用水热法生成Co 3O 4材料，加热定型后将长满Co 3O 4材料的钛板作为最终样品，然后对生成的样品进行性能的测量，性能测量分为三部分，第一是测样品CV 图（循环伏安法），第二是测样品充放电性能（计时电位法），第三是测所做成的电容器对于交流电的阻抗（交流阻抗法）。

新型超级电容器的制备及性能研究

新型超级电容器的制备及性能研究随着科技的不断进步，电子产品越来越多，同时对能源密集型设备的需求也在逐渐增加。

所以新型电池或电容器的制备也变得越来越重要。

其中，超级电容器以其高能量密度、高功率密度、长寿命等特点而备受关注。

本文将介绍新型超级电容器的制备及性能研究。

1. 新型超级电容器制备方法超级电容器主要由电极材料和电解质两部分组成，其中电极材料是关键。

现有研究表明，碳材料是制备超级电容器的主要选择。

首先，我们需要准备合适的碳材料。

传统的制备方法包括热处理、电化学氧化和化学气相沉积等。

但是这些方法的制备成本较高，并且难以控制碳材料的形状和尺寸。

近年来，一些新型碳材料的制备方法被提出。

例如，通过机械球磨和高温石墨化的方法，可以制备出纳米多孔碳材料。

这种碳材料形态独特、比表面积大、孔隙率高，更适合制备超级电容器。

接着，通过将制备好的纳米多孔碳材料与电解质混合，再制备出电极材料。

电解质的选择也很重要。

传统电解质的导电性较差，会限制超级电容器的性能。

最近，一些新型电解质的开发，如离子液体电解质、超级电容器自融合电解质等，被用于制备超级电容器，取得了很好的性能表现。

2. 新型超级电容器性能研究制备超级电容器后，需要对其特性进行研究。

首先需要考察的是超级电容器的循环稳定性。

循环稳定性是超级电容器的关键指标之一。

一些研究发现，通过适当调整电解质的比例和电极材料的结构等，可以显著提高超级电容器的循环稳定性。

其次，需要考察超级电容器的能量密度和功率密度。

能量密度和功率密度是超级电容器的另外两个重要参数。

现有研究表明，使用纳米多孔碳材料制备的电极材料，具有更高的比表面积和孔隙率，可以提高能量密度和功率密度。

此外，还需要考虑超级电容器的导电性能。

通过对超级电容器内电子的传递过程进行控制，可以大幅提高导电性能。

3. 新型超级电容器应用前景超级电容器具有高能量密度、高功率密度、长寿命等优点，在电子产品、电动汽车、储能等领域有广泛的应用前景。

超级电容多孔碳

超级电容多孔碳
超级电容是一种具有极高电化学活性的电容器，主要通过极化电解质来储存电能。

而多孔碳是一种具有高度发达孔隙结构的新型材料，其孔径大小在2-50纳米之间。

多孔碳材料的优点是高比表面积、高电导率、良好的化学稳定性以及易于制备等。

在超级电容中，多孔碳材料的应用非常广泛。

多孔碳可以作为电极材料，提供更大的表面积，从而增加电容器的电容量。

同时，多孔结构也有利于电解质的渗透和扩散，提高电容器的充放电速度和效率。

此外，多孔碳材料还可以通过调节孔径和比表面积等参数来优化超级电容的性能。

例如，增加比表面积可以提高电极的活性物质负载量，从而提高电容器的电容量；而适当的孔径则可以保证电解质的良好渗透和扩散，从而提高电容器的充放电速度和效率。

总之，超级电容中的多孔碳材料具有优异的电化学性能和良好的应用前景，是当前电容器领域研究的热点之一。

碳基超级电容器的制备及其性能研究

碳基超级电容器的制备及其性能研究超级电容器是一种新型的电能储存设备，具有能量密度高、功率密度大、充放电快等特点。

其中，碳基超级电容器作为一种主流的超级电容器，具备安全性高、环境友好、稳定性强等优势。

制备碳基超级电容器的主要步骤包括选材、材料表面处理、电极制备、装配等。

其中，选材是制备碳基超级电容器中最重要的一步。

常见的电极材料包括活性炭、石墨、石墨烯等。

活性炭因其比表面积大、孔径分布均匀等特征受到广泛应用。

但制备过程中易出现结构疏松等问题，降低其储能效率。

石墨烯则因其单层结构和高导电性能受到重视，但制备工艺复杂，成本较高。

在材料表面处理中，通常采用物理氧化、化学处理等方法，使得材料表面微观结构更加均匀，增强材料的储能效率和稳定性。

电极制备中，通常采用混合（mixing）、涂覆、压制等方法，将电极材料与导电添加剂混合或涂覆于导电收集体上。

根据材料的形态和性质，制备不同形式的电极。

在装配中，电极片与电解质层层叠加、固定成电容器的正、负极板，通常采用双层对称结构或者金属电极氧化形式。

超级电容器的性能主要受材料、结构、电解质和制备工艺等方面的影响。

常见的影响因素包括电极表面形貌、导电添加剂、硫酸盐电解质浓度、纳米孔径等。

同时，超级电容器的性能评价指标主要包括比电容、电压范围、循环寿命、能量密度和功率密度等。

其综合性能需要在各方面指标的优化中获得全面提升。

在应用方面，碳基超级电容器广泛应用于能量储存、智能电网等领域。

其高功率密度和短充电时间使得其成为航天、交通等领域的理想能量储存设备。

同时，超级电容器在智能电网、微电网等领域的应用也逐渐增多，对提高电网的稳定性和可靠性起到了重要作用。

总的来说，碳基超级电容器的制备涉及多个方面的技术，需要在材料、制备工艺等方面进行深入研究，以提高其性能并拓宽应用领域。

生物炭的制备及其在超级电容器中的应用研究进展

生物炭的制备及其在超级电容器中的应用研究进展生物质热分解过程中产生的生物炭被国际生物炭组织定义为生物质碳化形成的固体材料。

生物炭的主要元素是碳，同时还含有氢、氧、灰分以及少量的氮和硫元素。

生物炭的元素组成依据所用生物质前驱体和碳化过程条件的差异而有所不同。

因此将对几种制备生物炭的不同碳化方法进行总结，对改性后的生物炭在超级电容器中的应用进行了综述。

标签：生物炭；制备；超级电容器；研究进展1 前言在各种新开发的能源技术中，电能储存系统正广泛应用于电子和电动汽车以及可再生能源的储存。

超级电容器，锂离子电池和燃料电池等电化学储能装置展现出巨大的潜力。

而电化学储能装置的性能主要取决于电极材料，因此，开发高性能电极材料具有特别重要的意义。

碳材料是电化学储能装置中使用的传统材料，随着新型碳材料（如富勒烯，石墨烯，碳纳米管）的发现和纳米技术的迅速发展，碳基功能材料在储能领域引起了极大兴趣。

然而，富勒烯，石墨烯和碳纳米管等高质量的碳材料难以合成，并且对于大规模生产来说太昂贵。

因此，探索高效，环保的制备具有可持续性和低成本前驱体的高性能碳材料是至关重要的。

源于生命物质的有机物或者是从前述原料获得的无机物与有机物的复合物统称为生物质。

生物质不但包括像植物和动物这样的生命有机体，而且动物粪便、污泥以及废木料等都可归属于生物质的范畴。

本文将先介绍生物炭的常用制备方法，然后介绍生物炭材料在超级电容器中的应用。

2 生物炭的制备生物炭是“在氧气有限的环境中从生物质热化学转化获得的固体物质”。

常规工艺包含热解（缓慢或快速），气化和水热碳化，所有的热转换都是在限氧条件下进行的，以避免生物质剧烈氧化。

2.1 热解热解是在300-900℃，无氧条件下对有机材料进行的热分解过程。

在热分解过程中，组成生物质的半纤维素和木质素等会经历一系列的反应，包括交联反应、解聚反应、裂解反应等，产生固、液、气等不同的产物。

固体主要是生物炭，液体是生物油，气体是含有CO、CO2、H2、C1-C2烃的混合物。

多孔碳材料在超级电容器中的应用

Vol.31No.11Nov.2015赤峰学院学报(自然科学版)Journal of Chifeng University (Natural S cience Edition )第31卷第11期(上)2015年11月超级电容器(S upercapacitor),也叫电化学电容器[1],是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件,具有比传统电容器高得多的能量密度和比电池大得多的功率密度,集高能量密度、高功率密度、长寿命等特性于一身.另外,超级电容器从原料到成品均无污染都不会损害环境和生态平衡;可替代蓄电池,减少其造成的环境污染;可用做主电源、备用电源或辅助电源;在信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等多个领域具有极其重要和广阔的应用前景.多孔碳材料由于其比表面积大,吸附能力强,在气体和液体的精制与分离、水净化处理、催化、色谱分析以及电子工业、生物材料和医学等诸多领域得到广泛应用,因此备受关注.随着科学技术的飞速发展,高容量电池、高容量电容器的生产技术得到快速提高,因此多孔碳材料在双电层电容器方面的研究十分有意义,也相当活跃.1超级电容器的工作原理双电层电容器是根据所谓的界面双电层原理制成的.德国物理学家亥姆霍兹(Helmholtz )在十九世纪末期就已经提出了这种理论.界面双电层理论是研究固体与液体、固体与固体界面性质的一种理论.亥姆霍兹发现:插入电解液的金属,由于库仑力、分子间作用力或原子间作用力的作用,使金属表面出现稳定的、符号相反的两层电荷,此电荷层被称为双电层.双电层电容(如图1)是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的.对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层.当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差.这时对某一电极而言,会在一定距离内产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中,溶液保持电中性,这便是双电层电容的充放电原理.双电层电容器主要是由具有高比表面积的电极材料构成.2多孔碳材料在超级电容器方面的应用在超级电容器研究中,电极材料是影响其性能的关键因素.为此,许多研究都是围绕开发高比电容的电极材料而展开,其中常用的电极材料就有多孔碳材料,并在生活中已获得实际应用[3].应用于超级电容器的碳电极材料主要有:活性碳、活性碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管、石墨烯等.从提高超级电容器的综合性能和实用的角度考虑,理想的碳电极材料,应该具有高比表面积、高堆积比重、高中孔率、高电导率、高纯度和高性价比.然而,如何协调其比表面积、孔径大小和电导率之间的矛盾,将成为超级电容器电极材料研究的热点和难点.2.1活性碳对于活性碳的优良性能,活性碳在双电层电容中的应用研究一直都吸引着研究工作者的关注.理想的碳电极材料不仅应该具有高的比表面积,还要有一定量的中孔.具备高的中孔含量的活性碳在有机电解液中的表面利用率高,同时功率特性明显提高.为此,Weng [4]等以煤焦油沥青经过热处理制得的中间相沥青为原料,KOH 为活化剂,制得了比表面积达2860m 2·g -1的活性碳,在1mol ·L -1H 2S O 4溶液中测得多孔碳材料在超级电容器中的应用贺光华,肖沐航(萍乡学院材料与化学工程学院,江西萍乡337055)摘要:超级电容器是近年发展起来的一种新型储能元件,超级电容器性能的关键是电极材料.多孔碳材料以其比电容高和循环寿命长等优点,已经成为当前超级电容器的最主要电极材料.用作超级电容器电极的多孔碳材料主要包括活性炭、活性碳纤维、碳纳米管等.本文简单介绍了超级电容器的工作原理;着重概述多孔碳材料在超级电容器方面的应用;最后对超级电容器的发展进行展望.关键词:超级电容器;电极材料;多孔碳材料中图分类号:TM53文献标识码:A文章编号:1673-260X (2015)11-0052-031.双电层2.电解液3.极化电极4.负载图1双电层电容器原理图[2]52--. All Rights Reserved.其比电容为130F·g-1.提高活性碳的比表面积利用率,进而提高其比电容的有效方法是增大活性碳的中孔含量.侯朝辉等[5]采用同步合成模板碳化法制备了具有可控结构的中孔碳材料,碳材料的比表面积可达1500m2·g-1,平均孔径在3nm～10nm之间,电化学测试得知,这种同步合成模板碳化法制各的碳材料质量比电容量可达270F·g-1.Jurewicz等[6]提到电容器电化学性能主要由总表面积决定,微孔提供了吸附离子的高比表面积,中孔则提供了离子迁移的通道.因此,具有良好电化学性能的碳材料要求有合理的孔径分布.同时,其以蔗糖为原料,采用MCM-48模板,制备了比表面积为2000m2·g-1的可控孔结构活性碳.在1mol·L-1H2S O4中的比电容量为206F·g-1.总之,活性碳具有原料丰富、价格低廉和比表面积高等特点,是非常具有产业化前景的电极材料.2.2碳气凝胶美国的Pekala在1987年首次合成出碳气凝胶,它具有比表面积高、导电性好、电化学稳定性高、介孔多等特点,因此是活性碳之后的又一种被认为是电化学电容器的一种很有应用价值的电极材料.S aliger等[7]采用超临界条件下热分解酚醛树脂得到碳气凝胶,在硫酸溶液中得到的电极比电容量达160F·g-1.但Mayer等[8]制得碳气凝胶经电化学测试得到双电层比电容量仅为80F·g-1.孟庆函等[9]发现用线性酚醛树脂糠醛制备的碳气凝胶作为超级电容器的电极材料,在0.5mA充放电时,电极的比电容量达121F·g-1.Wang等[10]将原本电容性能很差的氧化钨(WO3)分散到碳气凝胶中,作为超级电容器的电极材料,大大提高了WO3的电容性能. 15-40nm大小的单晶颗粒WO3经过浸渍和煅烧过程被掺入到碳气凝胶中,得到的产物比电容比纯的氧化钨高出一个数量级,从54F·g–1增大到700F·g–1,而且还有很高的大电流放电能力,在500mV·s-1下,电容的保持率为60%,伴有99%几乎完美的循环效率,4000次恒流充放电后比电容只减小5%.Lee等[11]用间苯二酚和甲醛通过溶胶-凝胶法合成碳气凝胶,然后再通过不同的活化剂制备出活性炭气凝胶.采用循环伏安法测试这些活化炭气凝胶的比电容量,其中以K2CO3活化的显示出最高的比电容量为152F·g-1.2.3活性碳纤维活性碳纤维(ACFs)发达的比表面积和较窄的孔径分布使得它具有较快的吸附脱附速度和较大的吸附容量,而且是一种电化学性能良好的电极材料.由于活性碳纤维的密度(约0.1g·cm-3)低于活性碳粉的密度(约0.5g·cm-3),应用于双电层电容有一定的优势;并且以活性碳纤维作为双电层电容的电极材料,可以不要粘结剂,因此,活性碳纤维在双电层电容中的应用也引起研究者的关注.刘春玲等[12]研究了酚醛基活性炭纤维孔结构及其电化学性能,发现在LiClO4/PC (聚碳酸丙烯酯)有机电解液中用水蒸汽活化法制备的酚醛基活性炭纤维电极的的比电容量最高达109.6F·g-113.Babel 等[14]采用KOH活化制备了活性碳纤维,通过调节KOH的比例、活化温度和时间制备了高比表面积的活性碳纤维,其最大比电容量达340F·g–1.Kim等[15]采用电纺丝技术制备电纺纳米纤维膜,稳定碳化后得到比表面积为500－1220m2·g-1的纳米碳纤维,发现其比电容达到35-202F·g-1.目前,纳米碳纤维被认为最具有潜力的电极材料,特别是用氢气或其他气体为载气的制备技术,不需要熔化、碳化等后续工序,制备简单方便.虽然目前对纳米碳纤维在电极应用方面的研究还不是很多,但其应用和开发前景却被许多研究者看好.2.4碳纳米管从双电层电容储能原理来看,碳纳米管(CNTs)应是一种最理想的双电层电容电极材料.碳纳米管具有独特的孔结构、电化学性能突出、热稳定性及机械性能良好等优点,为此作为电化学电容器的电极材料引起了研究人员的广泛关注16.Niu等[17]了报道使用催化裂解法生长的相互缠绕的碳纳米管制备了厚度为25.4μm,比表面积为430m2·g-1的薄膜电极,在30wt%的H2S O4水溶液中,获得了49-113F·g-1的比电容.Frakcowaik等[18]以钴盐为催化剂,二氧化硅为模板催化裂解乙炔制得比表面积为400m2·g-1的多壁碳纳米管,其比容量达135F·g-1,关键是在高工作频率下,其比电容量下降也不大.以上这些充分说明CNTs的比表面积利用率、功率特性和频率特性都远优于活性碳.2.5石墨烯石墨烯具有比表面积大、导电性能优异、电子迁移率高等优点[19].石墨烯所固有的灵活、开放的孔隙结构有利于电极材料/电解液双电层界面的形成,保证材料表面的有效利用,使其具有较好的储能功率特性[20].近年来,研究人员将石墨烯应用于超级电容器电极材料并取得了积极的进展.Kady 等[21]将精心制作的两张氧化石墨薄膜分别放入普通DVD驱动器中,经驱动器激光照射后,氧化石墨薄膜被还原成石墨烯薄膜,该薄膜导电率为1738S·m-1,比表面积为1520m2·g-1,强度高、柔韧性好.将两张石墨烯薄膜置入电解液中构成超级电容器,所得电容器质量轻、储电量大、充电时间短,反复充放电10000次后电容衰减仅有3%.Liu等[22]在制备弯曲石墨烯薄片的过程中,充分利用单层石墨烯的高内在表面电容及大比表面积的优势,研制出性能优异的石墨烯基超级电容器,单位质量储存的能量相当于镍氢电池,充放电时间可缩短至几秒钟.该石墨烯基超级电容器能量密度高达85.6Wh·kg-1,是当前有文献报道的碳纳米材料双电层电容器能达到的最高值.为了充分发挥石墨烯的优良性质,可通过引入相关官能团对其进行有效功能化,进一步拓展石墨烯在化学、材料等领域的应用.在制备石墨烯基超级电容器电极材料的过程中要减少片层石墨烯间互相杂乱堆叠,增大有效双电层面积.实现石墨烯表面和优良导电性能的释放是其在超级电容器中应用的前提,因此,加强石墨烯复合材料的研究,充分利用石墨烯比表面积大、导电性好等优点去进行研究,将是研究工作人员未来努力的方向.3展望目前来讲,以碳材料作为电极的超级电容器虽然已经53--. All Rights Reserved.成功地商业化,但随着世界能源的逐渐衰竭和电化学电容器应用领域的不断拓展,我们应进一步提高电容器的性能.为此,研究新型的多孔碳材料电极对于提高超级电容器的电容量和长期应用的稳定性等多方的研究都具有重要意义.———————————————————参考文献:〔1〕(a)Yoshida,A.;Nonaka,S.;Aoki,I.;Nishino,A., Electric double-layer capacitors with sheet-type polar⁃izable electrodes and application of the capacitors.Jour⁃nal of Power Sources1995,60(2),213-218;(b)Faggioli, E.;Rena,P.;Danel,V.;Andrieu,X.;Mallant,R.;Kahlen,H.,Supercapacitors for the energy management of electric vehicles.Journal of Power Sources1999,84(2),261-269;(c)邓梅根,张.,胡永达,汪斌华,杨邦朝.活化和表面改性对碳纳米管超级电容器性能的影响.物理化学学报2004(04):432-435.〔2〕Ryu,K.S.;Lee,Y.;Han,K.-S.;Park,Y.J.;Kang, M.G.;Park,N.-G.;Chang,S.H.,Electrochemical su⁃percapacitor based on polyaniline doped with lithium salt and active carbon electrodes.Solid State Ionics 2004,175(1),765-768.〔3〕张琦,郑明森,朱亚薇,董全峰,金明钢,詹亚丁,林祖赓.超级电容器电极材料纳米α-MnO_2的制备及性能.电池,2005(06):437-439.〔4〕Weng,T.-C.;Teng,H.,Characterization of High Porosity Carbon Electrodes Derived from Mesophase Pitch for Electric Double-Layer Capacitors.Journal of The Electrochemical Society2001,148(4),A368.〔5〕侯朝辉,李.,刘恩辉,何则强,邓凌峰.同步合成模板炭化法制备双电层电容器电极用中孔炭材料的研究(英文).新型炭材料,2004(01):11-15.〔6〕Jurewicz,K.;Vix-Guterl,C.;Frackowiak,E.;Saadallah, S.;Reda,M.;Parmentier,J.;Patarin,J.;Béguin, F., Capacitance properties of ordered porous carbon materi⁃als prepared by a templating procedure.Journal of Physics and Chemistry of Solids2004,65(2-3),287-293.〔7〕Saliger,R.;Fischer,U.;Herta,C.;Fricke,J.,High sur⁃face area carbon aerogels for supercapacitors.Journal of Non-Crystalline Solids1998,225,81-85.〔8〕Mayer,S.T.;Pekala,R.W.;Kaschmitter,J.L.,Aero⁃capacitor.An electrochemical double-layer energy-stor⁃age device.Journal of The Electrochemical Society 1993,140(2),446-451.〔9〕孟庆函,刘.,宋怀河,凌立成.炭气凝胶为电极的超级电容器的研究.功能材料,2004(04):457-459.〔10〕Wang,Y.-H.;Wang,C.-C.;Cheng,W.-Y.;Lu,S.-Y.,Dispersing WO3in carbon aerogel makes an out⁃standing supercapacitor electrode material.Carbon2013.〔11〕Lee,Y.J.;Park,H.W.;Hong,U.G.;Song,I.K., Mn-doped activated carbon aerogel as electrode mate⁃rial for pseudo-capacitive supercapacitor:Effect of acti⁃vation agent.Current Applied Physics2012,12(4), 1074-1080.〔12〕刘春玲,文.,程杰,郭全贵,曹高萍,刘朗,杨裕生.酚醛基活性炭纤维孔结构及其电化学性能研究.物理化学学报, 2005(07):786-791.〔13〕Arico,A.S.;Bruce,P.;Scrosati,B.;Tarascon,J.M.;Van Schalkwijk,W.,Nanostructured materials for ad⁃vanced energy conversion and storage devices.Nature materials2005,4(5),366-377.〔14〕Babel,K.;Jurewicz,K.,KOH activated carbon fabrics as supercapacitor material.Journal of Physics and Chemistry of Solids2003,60(2),213-218.〔15〕Kim,C.,Electrochemical characterization of electrospun activated carbon nanofibres as an electrode in superca⁃pacitors.Journal of Power Sources2004,142(1), 382-388.〔16〕Lota,G.;Fic,K.;Frackowiak,E.,Carbon nanotubes and their composites in electrochemical applications.Energy Environ.Sci.2011,4,1592-1605.〔17〕Niu,C.;Sichel,E.K.;Hoch,R.;Moy,D.;Tennent,H.,High power electrochemical capacitors based oncarbon nanotube electrodes.Applied Physics Letters 1997,70(11),1480-1482.〔18〕Frackowiak,E.;Metenier,K.;Bertagna,V.;Beguin,F., Supercapacitor electrodes from multiwalled carbon nanotubes.Applied Physics Letters2000,7(15),2421-2423.〔19〕Huang,X.;Qi,X.;Boey,F.;Zhang,H.,Graphene-based composites.Chemical Society Reviews2012,41(2),666-686.〔20〕Chen,D.;Tang,L.;Li,J.,Graphene-based materials in electrochemistry.Chemical Society Reviews2010, 39(8),3157-3180.〔21〕F,E.-K.M.;Veronica,S.;Sergey,D.;B,K.R., Laser scribing of high-performance and flexible graphene-based electrochemical capacitors.Science 2012,335(6074),1326-1330.〔22〕Liu,C.;Yu,Z.;Neff,D.;Zhamu,A.;Jang,B.Z., Graphene-based supercapacitor with an ultrahigh ener⁃gy density.Nano Letters2010,10(12),4863-4868.54--. All Rights Reserved.。

《生物质基多孔炭材料的制备及其在燃料电池和超级电容器中的应用》范文

《生物质基多孔炭材料的制备及其在燃料电池和超级电容器中的应用》篇一一、引言随着环境保护意识的加强与新能源技术不断突破，对高性能材料的需求愈发强烈。

其中，生物质基多孔炭材料因具备多孔结构、高比表面积和良好的电化学性能等特点，被广泛用于燃料电池和超级电容器等新兴领域。

本文旨在探讨生物质基多孔炭材料的制备方法及其在燃料电池和超级电容器中的具体应用。

二、生物质基多孔炭材料的制备生物质基多孔炭材料的制备过程主要分为原料选择、炭化及活化等步骤。

1. 原料选择：原料的选取是制备多孔炭材料的关键一步。

常见的生物质原料包括木质素、纤维素、果壳等，这些原料具有可再生、环保等优点。

2. 炭化：将选定的生物质原料进行炭化处理，通过高温热解使原料转化为炭材料。

这一过程需控制好温度和时间，以保证炭化效果的稳定。

3. 活化：炭化后的材料需要进行活化处理，以增加其比表面积和孔隙结构。

常用的活化方法有化学活化法和物理活化法等。

化学活化法通过化学药品与炭材料反应，生成丰富的孔隙结构；物理活化法则利用水蒸气、二氧化碳等气体在高温下与炭材料反应，扩大其孔径。

三、生物质基多孔炭材料在燃料电池中的应用生物质基多孔炭材料因其高比表面积和良好的导电性，在燃料电池中主要用作电极催化剂的载体。

其具体应用如下：1. 氧气还原反应（ORR）催化剂载体：燃料电池中，ORR是关键的电化学反应之一。

生物质基多孔炭材料因其高比表面积和多孔结构，可有效提高ORR催化剂的分散性和利用率，从而提高燃料电池的效率。

2. 氢气储存：多孔炭材料具有较高的氢气吸附能力，可应用于氢能储存领域，提高燃料电池的能量密度和续航能力。

四、生物质基多孔炭材料在超级电容器中的应用超级电容器是一种新型储能器件，其性能与电极材料密切相关。

生物质基多孔炭材料因其高比表面积和良好的充放电性能，在超级电容器中有着广泛的应用。

1. 双电层电容：生物质基多孔炭材料具有丰富的孔隙结构，能够在电极表面形成较大的双电层电容，从而提高超级电容器的能量密度。

纳米技术在超级电容器制备中的应用技巧

纳米技术在超级电容器制备中的应用技巧超级电容器是一种高性能储能器件，兼具了传统电池和电容器的优点。

它具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命和快速充放电等特点，被广泛应用于可再生能源储存、电动交通工具和移动设备等领域。

而纳米技术的应用则进一步提高了超级电容器的性能和可靠性。

本文将介绍纳米技术在超级电容器制备中的应用技巧以及其在提高性能方面的优势。

首先，纳米材料的运用是提高超级电容器性能的关键。

纳米技术可以对电极材料进行精确控制，使其具备更大的比表面积和更短的离子或电子传输路径，从而提高电容器的储能能力和电化学性能。

例如，通过纳米技术制备的纳米粒子电极可以极大地增加电极材料的比表面积，提高电容器的储能密度。

此外，纳米复合材料还可以通过增加纳米颗粒的分散性和界面相互作用改善电极的电导率和离子传输速率，提高电容器的功率密度和循环寿命。

其次，纳米技术的应用也能够改善超级电容器的电解质体系。

目前，常用的电解质体系主要包括有机溶液电解质和固体电解质两种。

纳米技术可以用于改良电解质材料的微观结构和界面性能，提高电解质的离子迁移率和离子传输效率。

例如，纳米颗粒电解质可以提供更多的导电通道，增加离子的扩散速率，从而提高超级电容器的充放电速度和功率密度。

此外，纳米孔道的构筑也可以增加电解质的表面积，提高电解质的储能能力。

另外，纳米技术在超级电容器的包覆层材料中的应用也具有重要意义。

包覆层可以用于保护电极材料和减少电容器的内阻，从而提高电容器的性能和稳定性。

纳米技术可以用于制备具有高稳定性和低内阻的包覆层材料。

例如，通过纳米颗粒的表面修饰和构筑多孔薄膜，可以增加包覆层与电极材料的接触面积，改善界面的相容性和电输运性能。

同时，纳米材料的使用还可以提供更多有效的阻隔层，防止溶剂和电解质的渗漏，进一步提高超级电容器的循环稳定性和使用寿命。

此外，纳米技术还可以用于超级电容器的制备工艺中。

纳米材料的合成和加工技术可以通过控制物理和化学参数，实现电容器的精确形貌和组织结构设计。

生物质多孔炭的制备及其电化学性能研究

生物质多孔炭的制备及其电化学性能研究生物质多孔炭的制备及其电化学性能研究摘要：炭材料作为一种重要的电化学电极材料，具有高比表面积、导电性能优异、化学稳定性高等特点，因此被广泛应用于能源储存和转化领域。

在本研究中，我们采用生物质作为前驱体，通过热处理与激活方法制备了多孔炭材料，并对其电化学性能进行了研究。

通过扫描电子显微镜（SEM）、N2吸附-脱附等方法对样品的形貌和孔结构进行了表征。

同时，我们还使用循环伏安法（CV）和恒流充放电（GCD）法评估了材料在超级电容器中的电化学性能。

1. 引言生物质作为一种可再生、丰富的天然资源，具有多孔结构和较高的碳含量，适合用于制备多孔炭材料。

通过热处理与激活方法，可以进一步提高生物质材料的比表面积和孔容。

多孔炭材料具有高电导率和大比表面积等优点，因此在能源存储和转化方面具有广阔的应用前景。

2. 实验部分2.1 原料制备我们选择某种生物质作为前驱体，通过研磨和筛分得到一定粒度的生物质粉末。

2.2 炭材料制备将生物质粉末放入炉中，在惰性气氛下进行炭化处理，通过控制炭化温度和时间得到初步的炭材料。

然后，将初步的炭材料放入活化剂中进行激活处理，以产生更多的孔结构和提高比表面积。

3. 结果与讨论3.1 形貌表征通过扫描电子显微镜观察样品的形貌，结果显示多孔炭材料呈现出较为均匀的孔洞分布，并且孔径大小分布在纳米至微米尺度之间。

3.2 孔结构表征使用N2吸附-脱附法对样品的孔结构进行表征，结果显示多孔炭材料具有较高的比表面积和孔容。

这对于提高电化学性能至关重要，因为更大的比表面积可以提供更多的活性表面，更多的孔容可以提供更多的电解质扩散通道。

3.3 电化学性能测试我们使用循环伏安法和恒流充放电法测试了多孔炭材料在超级电容器中的电化学性能。

结果显示，多孔炭材料具有较高的电容量和较好的循环稳定性，表明其在超级电容器中具有良好的电化学性能。

4. 结论通过生物质作为前驱体，我们成功制备了多孔炭材料，并对其电化学性能进行了研究。

超级电容器用多孔碳材料的研究进展

碳凝胶材料性能
质轻、大比表面积、中孔发达、导电性良好、电化学性能稳定的纳米级的中孔碳材料。
孔隙率达80％～90％，孔径3～20nm，比表面积400～1100m2/g，密度范围0.03～ 0.8g/cm3，电导率10～25S/cm。
克服使用活性碳粉末和纤维作电极时存在的内部接触电阻大，含有大量不能被电解液浸入的微孔，比表面积得不到充分利用的问题，是制备高比能量、高比功率电化学电容器的理想电极材料。
成本低，周期短
大连理工大学的李文翠：酚类同分异构物混合物（J）与甲醛（F）JF凝胶，成本低，周期短，但密度高于RF凝胶，比表面积也较RF凝胶略低
碳凝胶性能
RF的EDLC实验室样品：功率密度为7.7kW/kg，能量密度为5Wh/kg，比容量39F/g(以碳和电解液的重量之和为准，水电解液)。
碳纳米管改性
利用剩余的SP3杂化轨道引入官能团，产生法拉第准电容。E.Frackowiak证实表面官能团参与氧化还原反应故会形成准电容，比电容从80F/g增至137F/g。
E．Frackowiak:掺金属锂的碳纳米管电极在LiClO4电解液中在1．5～3V之间充放电时，表现出良好且独特的高压下的双电层电容效应，容量可达30F/g(非水电解液)。
X.Liu在研究发现，经过电化学氧化处理后碳电极容量从135F/g增加到171F/g，氧化处理后进行还原处理，容量增加更明显，增加到215F/g。认为主要是由于碳材料氧化后表面含氧官能团含量增加而引起的。
从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度出发，希望活性碳材料表面的官能团有一个合适的比例。
量大，循环寿命长，价格高，污染。
➢导电聚合物材料：工作电压高但电阻大。 ➢ 杂多酸：具有固体电解质的优点，使用方便。