活性炭超级电容器的电化学行为

2.4活化方法
活化反应用氧化气体或化学物质做氧化剂 清除孔隙中杂质，扩大炭化料在炭化过程中产 生的孔隙和产生新的微孔 ，进而提高了孔容积 和比表面积 。
活化方法
物理活化法 化学活化法
2.5 化学活化法
• 活化剂：KOH,H3PO4,ZnCl2等
• 控制因素：活化剂种类、活化温度、活化时间、 活化剂比例等
• 碳化温度过高导致活性炭收率降低的主要原因有两点：其 一温度越高，生物质热解的越充分；其二是形成的焦炭残 留物发生了二次分解。
2.3 时间对碳化的影响
• 康捷等在用棉秆制备活性炭的一文中对碳化时间 对活性炭性能的影响进行了研究，结果表明：在 400℃下活化，碳化时间延长至180min，此阶段内 活性炭的吸附性能得到了提高，但碳化时间从180 min延长至240 min，吸附性能没有明显增强，因 此碳化温度为400℃，碳化时间为180 min为最佳 条件。碳化时间越长，挥发分逸出而留下的孔隙 越多，炭化越充分，利于有机物成炭，减少堵塞 孔的焦油，利于微孔的形成。但是当碳化完全之 后，碳化时间的延长对活性炭的影响不再明显。
3.2 交流阻抗测试
图2 电极交流阻抗谱图
<分别在正、负电位为 0.3V、0.9V（vs. Hg/HgO）下对电极进行 交流阻抗测试>
可见，负电位下的阻抗 谱图由高频区的半圆弧和低 频区的近似垂直于 Z'轴的直 线组成，表明负电位下活性 炭材料出现“电荷饱和”， 即此时电极中储存的大部分 电容量均可得到利用，因此 具有良好的电容特性。而正 电位下阻抗图谱由高频区的 小半圆弧和低频区的大半圆 弧组成。 正、负电位下阻抗 图中高频区半圆的出现主要 是由于活性炭表面含氧基团 与电解质中的离子发生电极 反应，因此产生电荷转移电
3.4 电极自放电测试
图6 电极自放电速率曲线
对自放电曲线一次求 导dE/dt,可得到电极的自 放电速率，结果如图所 示,可以看出，负极的自 放电速率大于正极,说明 超级电容器自放电速率由 负极决定 。
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2.1 原料预碳化
• 作为制备活性炭的含碳量高的原料除了含有碳元 素还有一些非碳元素，如氧、氢、氟、硫等元素。 这些元素含量的高低和化学结构状态都能影响活 性炭的性能。
• 碳化是将原料在保护气氛下加热处理，使原料发 生热分解。碳化过程是伴随着非碳元素排出的过 程，这些元素一般以气体的形式排出，如氧气、 水蒸气、二氧化碳、一氧化碳等。碳化温度和碳 化时间是影响碳化程度和最终得到的活性炭性能 的重要条件，这两个条件能对活性炭的收率、比 表面积、孔容积、孔径分布等性能产生重大影响。
百度文库合适的活化剂
原料炭化
活化剂中浸泡
活化的活性炭
3.1 循环伏安测试
目 录
图1不同扫描速度下电极的循环伏安谱图
如图 1所示，在 5~20 mV/s扫描速度下 对正负极进行循环伏安 测试，可以看出，在低 扫描速度下，负极、正 极的循环伏安曲线基本 上为矩形，表明具备良 好的电容特性。随着电 位扫描速度的增加，负 极的矩形形状基本不变， 而正极则发生了变形， 说明负极的电容特性相 对稳定。
活性炭超级电容器电极的 电化学行为
01 活性炭超级电容器的介绍
目 录
02 活性炭的制备
03 电化学测试
1.1超级电容器的介绍
Ø超级电容器是一种介于传统电 容器和电池之间的新型储能元器 件，具有超大容量及快速贮存和 释放能量的特点。双电层电容器 电极材料需要高的比表面积电极 材料，因此活性炭成为制作超级 电容器理想材料。
3.3 比容量的测试
图3 电极Bode谱图
如上图，在低频区 ，正 负极相角值随频率增加而减 小很快
3.3 比容量的测试
该频率下电极的比电容较 大，且几乎保持不变。并且， 正负极分别在211mHz和8.07m Hz分别出现了一个峰,表明在 低频区正、负极上分别有电 极反应发生
图4 正负极比容量与频率的关系
2.2 温度对碳化的影响
• 碳化温度是活性炭制备过程中的影响因素之一，随着碳化 温度升高活性炭的比表面积也有相应的提高，但是当达到 最佳碳化温度时，温度继续升高反而使活性炭的比表面积 又降低了。这种现象是因为挥发分随温度升高而减少，碳 化温度过低时，碳化原料的挥发分难以排出，活化过程中 反应活性小，不利于有机物碳化，因而不易有孔结构形成。 随着温度升高，碳化程度得到了提高，挥发分逐渐减少， 活化性能提高。但是碳化温度升高也会使活性炭收率降低， 灰分比例增加，因此温度过高也会导致本来的孔结构遭到 破坏，比表面积下降。
1.2活性炭的介绍
Ø普通活性炭中的微孔(孔径<2 nm)占据很大的比例。 这些微孔无法被大量的电解质离子润湿形成有效双电层， 从而大大降低了有效比表面积。此外，活性炭材料的微 孔不利于电解质离子的快速、有效地传输，而降低电容 器的大电流充、放电能力。 Ø介孔碳以其有序的介孔结构能有效的降低离子传输电 阻，具有独特的表面特性。它的主要特点为： （1)具有规则的孔道结构，孔道大小均匀、排列有序； （2）孔径分布窄； （3）具大的比表面积和孔容； （4）具有很好的热稳定性和化学稳定性； （5）颗粒具有规则的外形，且可在微米尺寸内保持高 度的孔道有序性。
3.4 电极自放电测试
图5 电极自放电曲线
将超级电容器恒流充 电到 1.2V后静止，考察正 负极自放电曲线，如图所 示，可以看出，正极放电 过程主要集中在初始阶段 的前92min内,从0.3v快速 的下降到0.05V，在接下来 的过程中电位基本不变。 而负极自放电速率相对平 稳，从-0.9渐下降-0.07V。