超级电容器用活性炭的研究_王仁清
超级电容器电极材料——活性炭
超级电容器电极材料——活性炭碳材料由于具有成本低､⽐表⾯积⼤､孔隙结构可调､制备电极的⼯艺简单等特点,在研究EDLC的开始,⼈们就考虑使⽤碳材料作为其电极材料｡⽬前,应⽤于 EDLC的碳材料主要有活性炭､碳纳⽶管和炭⽓凝胶｡活性炭(activated carbon,AC)是EDLC使⽤最多的⼀种电极材料,它具有原料丰富､价格低廉､成形性好､电化学稳定性⾼､技术成熟等特点｡活性炭的性质直接影响EDLC的性能,其中最为关键的⼏个因素是活性炭的⽐表⾯积､孔径分布､表⾯官能团和电导率等｡⼀般认为活性炭的⽐表⾯积越⼤,其⽐电容就越⾼,所以通常可以通过使⽤⼤⽐表⾯积的活性炭来获得⾼⽐电容｡但实际情况却复杂得多,⼤量研究表明,活性炭的⽐电容与其⽐表⾯积并不呈线性关系,影响因素众多｡实验表明,清洁⽯墨表⾯的双电层⽐容为 20µF/cm2左右,如果⽤⽐表⾯积为2860m2/g的活性炭作为电极材料,则其理论质量⽐容应该为572F/g,然⽽实际测得的⽐容仅为130F/g,说明总⽐表⾯积中仅有22.7%的⽐表⾯积对⽐容有贡献｡国际纯粹与应⽤化学联合会(IUAPC)将多孔材料的孔隙分为微孔( <2nm)､中孔(2～50nm)和⼤孔(>50nm)三类｡EDLC主要靠电解质离⼦进⼊活性炭的孔隙形成双电层来存储电荷,由于电解质离⼦难以进⼊对⽐表⾯积贡献较⼤的､孔径过⼩的超细微孔,这些微孔对应的表⾯积就成为⽆效表⾯积｡所以除了⽐表⾯积外,孔径分布也是⼀个⾮常重要的参数,⽽且不同电解质所要求的最⼩孔径是不⼀样的｡Gsalirta等研究了⼏种不同孔结构的活性炭在LiCl､NaCl和KCl的⽔溶液及 LiBF4和 Et4NBF4的PC溶液中的双电层电容性能后证实了上述结论｡提⾼活性炭的⽐表⾯积利⽤率,进⽽提⾼其⽐容的有效⽅法是增⼤活性炭的中孔含量｡LeeJniwoo等运⽤模板法制备了⽐表⾯积为1257m2/g的中孔碳,其平均孔径为2.3nm,制成电容器后不论在⽔系还是有机电解质中其⽐容都明显⼤于分⼦筛炭｡另外,D.Y.Qu等的研究表明,增⼤中孔的含量,还可以明显提⾼EDLC的功率密度,因为孔径越⼤,电化学吸附速度越快,这说明孔径较⼤的碳材料能满⾜快速充放电的要求,适合制备⾼功率的电容器｡另外,孔径分布对EDLC的低温容量也有影响,具有更多纳⽶以上孔径的碳电极其低温容量减⼩得更慢｡通过电化学氧化､化学氧化､低温等离⼦体氧化或添加表⾯活性剂等⽅式对碳材料进⾏处理,可在其表⾯引⼊有机官能团｡⼤量研究表明,表⾯有机官能团对EDLC的性能有很⼤影响｡⼀⽅⾯,有机官能团可以提⾼电解质对碳材料的润湿性,从⽽提⾼碳材料的⽐表⾯积利⽤率,同时这些官能团在充放电过程中还可以发⽣氧化还原反应,产⽣赝电容,从⽽⼤幅度提⾼碳材料的⽐容｡A.Y.Rychagov的研究证明表⾯官能团的赝电容效应对⽐电容的贡献有时可达50%以上｡另⼀⽅⾯,碳材料表⾯官能团对电容器的性能也存在负⾯影响,研究表明碳材料表⾯官能团含量越⾼,材料的接触电阻越⼤,从⽽导致电容器的ERS也就越⼤;同时,官能团的法拉第副反应还会导致电容器漏电流的增⼤;另外,碳材料电极表⾯含氧量越⾼,电极的⾃然电位越⾼,这会导致电容器在正常⼯作电压下也可能发⽣⽓体析出反应,影响电容器的寿命｡活性炭的电导率是影响EDLC充放电性能的重要因素｡⾸先,由于活性炭微孔孔壁上的碳含量随表⾯积的增⼤⽽减少,所以活性炭的电导率随其表⾯积的增加⽽降低;其次,活性炭材料的电导率与活性炭颗粒之间的接触⾯积密切相关;另外,活性炭颗粒的微孔以及颗粒之间的空隙中浸渍有电解质溶液,所以电解质的电导率､电解质对活性炭的浸润性以及微孔的孔径和孔深等都对电容器的电阻具有重要影响｡总之,活性炭具有原料丰富､价格低廉和⽐表⾯积⾼等特点,是⾮常具有产业化前景的⼀种电极材料｡⽐表⾯积和孔径分布是影响活性炭电化学电容器性能的两个最重要的因素,研制同时具有⾼⽐表⾯积和⾼中孔含量的活性炭是开发兼具⾼能量密度和⾼功率密度电化学电容器的关键｡。
炭材料在超级电容器中的应用研究
炭材料在超级电容器中的应用研究随着能源需求的不断增加，寻找一种足够高效和持久的能源储存方案变得愈发重要。
超级电容器因其高功率密度、长寿命、低内阻等特点一直备受关注。
然而，制造成本和能量密度限制了超级电容器的应用。
为了克服这些限制，许多研究人员开始探索使用新材料制造电极来提高超级电容器的能量密度。
其中，炭材料的应用已经成为了一种具有潜力的解决方案。
炭材料在超级电容器中的应用由来已久。
早在20世纪80年代，科学家们就开始探索炭材料在电极中的应用。
然而，此时的炭材料几乎都是天然炭，制备成本高昂，难以实现大规模应用。
随着科技的进步，特别是以石墨烯和碳纳米管为代表的二维炭材料的研究突破，炭材料在超级电容器中的应用再次受到关注。
二维炭材料在超级电容器中的应用较为广泛。
这些材料因其高比表面积，提供了更多的储能空间，因此被认为是提高电容器能量密度的潜在解决方案。
二维炭材料有许多种，如石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、石墨烯氧化物等，其中最为常见和热门的是石墨烯。
石墨烯的应用范围广泛。
石墨烯的特殊结构使其具有许多优异的性质，如高导电率、高电子迁移速率、高比表面积等。
更重要的是，石墨烯的化学稳定性很高，几乎不受腐蚀。
这些性质使石墨烯成为制造电容器电极的理想材料。
然而，炭材料仍然存在着一些限制。
制造石墨烯的成本还很高，生产过程很复杂；虽然石墨烯具有高导电率，但它的比电容容量（即储能密度）相对较低，需要在其他方面进行优化。
为了最大化石墨烯的能量密度，研究人员开发出了一些新的制备方法。
研究表明，用氮、硼等元素掺杂石墨烯，可以显著提高其储能密度。
此外，将石墨烯与纳米结构材料（如无定形碳、金属氧化物等）结合来制备超级电容器电极，也能大大提高电容器的储能性能。
总之，炭材料的应用是超级电容器技术研究领域的一个热门话题。
虽然炭材料还需要进一步的研究和实验来解决已知的问题，但它具有潜力成为电容器电极中最有前途的材料之一。
随着制备技术的不断完善和新的复合材料的发现，炭材料所带来的突破性进展将为未来能源存储方案的优化和发展提供新的可能。
超级电容器用煤基活性炭研究
㊀第23卷第5期洁净煤技术Vol．23㊀No．5㊀㊀2017年9月Clean Coal TechnologySep.㊀2017㊀超级电容器用煤基活性炭研究侯彩霞1,2,孔碧华1,樊丽华1,2,郭秉霖1,许立军1(1.华北理工大学化学工程学院,河北唐山㊀063009;2.河北省环境光电催化材料重点实验室,河北唐山㊀063009)摘㊀要:为了研究煤基活性炭电极对超级电容器性能的影响规律,根据超级电容器的工作原理,阐述了比表面积㊁孔径分布㊁表面官能团㊁石墨化程度㊁灰分及粒度对电化学性能的影响㊂研究表明适宜的中孔比例和粒度有利于电解液的扩散;含氧和含氮官能团可以改善电极的表面润湿性;无定型炭结构孔隙更发达,更适合作为活性炭材料;降低灰分可以提高电极的充放电特性和倍率特性㊂关键词:煤基活性炭;电极;超级电容器;电化学性能中图分类号:TQ424．1㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1006-6772(2017)05-0056-06收稿日期:2017-03-23;责任编辑:张晓宁㊀㊀DOI :10.13226/j.issn.1006-6772.2017.05.011基金项目:国家自然科学基金-煤炭联合基金重点资助项目(U1361212);国家自然科学基金资助项目(21506047);河北省教育厅重点资助项目(ZD2014016)作者简介:侯彩霞(1977-),女,副教授,硕士生导师,博士,从事煤化工新技术及下游产品开发㊂E -mail :caixiasmile@ 引用格式:侯彩霞,孔碧华,樊丽华,等.超级电容器用煤基活性炭研究[J].洁净煤技术,2017,23(5):56-61.HOU Caixia,KONG Bihua,FAN Lihua,et al.Research in coal -based activated carbon for supercapacitor[J].Clean Coal Technology,2017,23(5):56-61.Research in coal -based activated carbon for supercapacitorHOU Caixia 1,2,KONG Bihua 1,FAN Lihua 1,2,GUO Binglin 1,XU Lijun 1(1.College of Chemical Engineering ,North China University of Science and Technology ,Tangshan ㊀063009,China ;2.Coal Chemical Engineering Research Center of Hebei Province ,Tangshan ㊀063009,China )Abstract :In order to study the influence of coal -based activated carbon electrode on the performance of supercapacitor.According to the working principle of the supercapacitor,the influences of specific surface area,pore size distribution,surface functional groups,degree of graphitization,ash content and granularity of activated carbon on the electrochemical performance were systematically investigated.It shows that proper proportion of mesopore and proper granularity are in favour of the diffusion of the electrolyte ions;Oxygen -containing functional groups and nitrogen -containing functional groups can improve the wettability of electrode materials;the pore structure of amorphous carbon is well -developed,as activated carbon materialsuitable;reducing the ash content can improve the charge and discharge characteristic and the rate performance.Key words :coal -based activated carbon;electrode material;supercapacitor;electrochemical performance0㊀引㊀㊀言超级电容器已成为新一代的储能元件,与传统电容器相比,可以储存更多的能量,与二次充电电池相比,具有更高的功率密度,且具有可逆的储存和释放电荷的能力,因其能快速循环充放电而受到关注[1-2]㊂基于这些优势,超级电容器在混合动力型汽车㊁电子仪器设备和航空航天等领域都有广泛的应用[3-4]㊂目前超级电容器仍然存在着能量密度低的问题,提高超级电容器的比电容是研究的焦点㊂超级电容器的核心是电极和电解液,电极的选择在一定程度上决定了超级电容器的性能㊂煤基活性炭具有含碳量高㊁表面官能团丰富㊁孔隙结构可调㊁吸附性能优良等特点,是一种极好的制电极原料[5]㊂利用煤制备活性炭电极材料主要取决于其性质结构㊂本文结合超级电容器的工作原理,考察了煤基活性炭结构对其电化学性能的影响,对提高电化学性能提出了改进方法㊂1㊀超级电容器工作原理超级电容器可分为双电层电容器(EDLC)和法拉第赝电容器2类,两者的区别在于储能机理不同㊂65侯彩霞等:超级电容器用煤基活性炭研究2017年第5期理想双电层电容器储存能量的方式以静电储能为主,主要依靠溶液中的电解质离子在活性炭电极表面进行物理性吸脱附实现储能,原理如图1所示[1]㊂图1㊀双电层电容器的工作原理[1] Fig．1㊀Principle of electric double layer capacitor[1]充电时,在活性炭电极的两边加上一个外加电压,在电场力的作用下,电解质溶液中的阴㊁阳离子分别向两级运动,在电极的两边分别形成电荷相反的正负离子㊂此时,电极材料的两边和电解质溶液之间将形成一个致密的双电层,以此来储存能量㊂撤去外加电压后,电极两边的正㊁负离子将回到电解液中,完成放电过程㊂法拉第赝电容器主要是在充㊁放电过程中,通过自身发生氧化还原反应,形成法拉第赝电容的行为㊂用煤基活性炭制备超级电容器的储能方式主要是双电层储能,煤基活性炭中表面官能团发生的氧化还原反应只能产生小部分的法拉第赝电容㊂2㊀超级电容器用煤基活性炭电极影响因素2．1㊀比表面积的影响通过双电层的形成理论得知,煤基活性炭的比表面积与比电容有一定关系,比表面积越大,比电容越高,但比表面积和比电容并不呈线性关系[6],这可能与煤基活性炭的孔结构以及电解液中电解质离子的大小有关[7],即使用相同煤样在制备煤基活性炭时,采用的活化处理方式不同,也可能会产生不同的孔隙结构;虽然活性炭比表面相近,但能够形成双电层时的比表面也可能存在差异㊂此外,电解质离子大小也可能会影响活性炭的比电容,一些结构大的有机离子可能难以进入到孔径较小的微孔中,造成比表面积利用率降低,比电容下降㊂Grazyna等[8]用煤基活性炭制备超级电容器,分别在酸性和碱性电解液中研究比表面积对比电容的影响㊂研究发现,当煤基活性炭的比表面积低于1000m2/g时,比表面积和比电容呈正相关,比电容随着比表面积的增大而增大;当煤基活性炭比表面积高于1000m2/g时,比表面积和比电容之间则不存在关系㊂Xing等[9]采用褐煤为前驱体制作中孔活性炭电极材料㊂研究表明,用KOH作电容器电解液的条件下㊁活化温度700ħ时,煤基活性炭的比表面积为2615m2/g,对应的比电容可以达到332F/g;而当活化温度增至800ħ时,煤基活性炭的比表面积升至3036m2/g,但其比电容却降至326F/g㊂这可能是由于活化反应温度的升高,导致在煤基活性炭中生成了孔径较小的微孔,使得活性炭比表面积增大,但电解质离子不能完全浸入到活性炭较小的孔隙内形成双电层,导致煤基活性炭电极的比电容变化不明显㊂2．2㊀孔径分布的影响通常活性炭的孔按照大小可以分为3类[10]:小于2nm为微孔,2~50nm为中孔,大于50nm为大孔㊂对于超级电容器,活性炭孔隙结构的差异也决定了其作用不同㊂微孔因能吸附电解质离子,是形成双电层的主要场所㊂孔径太小,电解质离子无法浸入到活性炭的孔内,导致其比表面积的使用率较低,而孔径太大,溶液中电解质离子之间的距离过远,会阻碍其形成紧密的双电层㊂Wei等[11]研究发现,当活性炭的孔径为吸附质分子直径的2~6倍时,对吸附最有利㊂在水系电解液中,Eliad等[12]提出了活性炭孔径在0．4~0．5nm的电解液可以进入㊂中孔可以充当电解液中离子进入微孔的通道,改善电解质溶液的浸润性㊂大孔对于活性炭的电化学性能基本没有影响,主要起通道作用,影响吸附速度㊂电解质离子在不同孔径电极材料中的吸附如图2所示㊂张中华等[13]以煤基活性炭制备超级电容器为研究对象,研究发现中孔对于比电容的影响最为明显,中孔孔容在0．11~0．14cm3/g内,比电容较大㊂张传祥等[14]用太西无烟煤作为制备活性炭的原料,运用KOH化学活化法制备了具有高比表面的煤基活性炭电极原料,研究发现,在有机电解液体系中, 2~3nm中孔对电解质离子的扩散起到了重要的作用㊂潘登宇等[15]用8种不同孔结构的活性炭制作超级电容器,结果表明,中孔含量增多不仅可以降低752017年第5期洁净煤技术第23卷图2㊀电解质离子在不同孔径电极材料中的吸附Fig．2㊀Schematic explanation of the optimum pore sizefor the highest surface area 超级电容器的接触电阻,还可在大电流充放电过程中,减少电容衰减率,保持较高的比电容量㊂Huang 等[16]从煤中提取的腐殖酸制成了超级电容器电极材料,得到的多孔炭结构包括小于1．8nm的微孔㊁3．5~4．5nm的中孔,以及部分大孔,结构表明,中孔不仅改善了充放电速率的性能,也保证了高的比电容保持率㊂2．3㊀表面官能团的影响活性炭的化学性质主要由其表面官能团决定,炭表面中可能存在的官能团种类如图3所示[17]㊂图3㊀炭表面的含氧㊁含氮官能团[17] Fig．3㊀Nitrogen and oxygen surface groups on carbon surface[17]㊀㊀活性炭是疏水性吸附剂,本身呈非极性,能够吸附水溶液中的非极性材料,而用其吸附极性材料就比较困难㊂在活性炭表面引入不同的官能团,能够改变其对不同极性材料的吸附性能㊂对于煤基活性炭,含氧官能团和含氮官能团是影响其电化学性能的首要因素㊂羧基㊁酸酐㊁内酯基㊁羟基等含氧官能团以及氨基等含氮官能团具有亲水性,这些亲水基团能够溶解或电离在水中,在无机电解液体系中,通过改变煤基活性炭表面的润湿性,溶液中的电解液离子能更容易进入到活性炭中,形成双电层,增大活性炭比表面积的利用率,改善电容器的电化学性能;此外,在超级电容器工作过程中,活性炭材料中各种含氧官能团可能会引起自身的氧化还原反应,产生法拉第赝电容,提高5%~10%的比电容量[18],但是,这些官能团可能会提高电极的接触电阻,Xie 等[19]研究认为,大量的羧基可能会增大漏电流,影响自放电,降低电容器的储存能力㊂王力等[20]通过热处理腐殖酸基活性炭制成电极,研究了表面含氧官能团与电极材料之间的关系,研究发现,活性炭中的醛基㊁羰基㊁羟基和羧基等酸性含氧官能团可能增大了电极材料的漏电电流,导致电容储存能力下降㊂何一涛等[21]运用静电纺丝技术,以新疆的库车原煤为活性炭制备原料,经过高锰酸钾氧化处理后,制成纳米碳纤维前驱体,再通过CO2活化法制备成电极材料,结果表明,原煤经过氧化处理后,含氧官能团明显增多,在充放电1000次后,比电容的保持率仍能达到99．2%㊂Xing等[22]用印尼褐煤与KOH以质量比1ʒ3通过微波加热法制备活性炭,并分别在水系和有机体系的电解液条件下组装超级电容器,通过实验证实,在水系电解液中,部分含氧官能团的存在能够提高电极中的法拉第电容,且不会降低材料的循环能力;而在有机电解液中,含氧官能团的存在并不能对活性炭的电化学性能造成影响㊂85侯彩霞等:超级电容器用煤基活性炭研究2017年第5期2．4㊀石墨化程度的影响煤的石墨化程度影响着煤基活性炭的电化学性能㊂提高石墨化程度,可以增加颗粒间的导电能力,减少炭材料中的结构缺陷和官能团等活性位,提高电解液在电极上的分解电压,进一步提高超级电容器的能量密度;而石墨化程度过高,活性炭结构致密,则不利于双电层的形成,影响活性炭的电化学性能㊂邢宝林等[10,23]研究表明,低阶煤与高石墨化程度的烟煤㊁无烟煤相比,结构更加疏松,在炭化过程中,其骨架结构有利于向无定型炭结构发展,产生发达的孔隙,形成双电层;此外,低阶煤中含有丰富的表面官能团㊁侧链,更有利于提高材料润湿性,增加比表面利用率,同时自身的氧化还原反应可以增加一部分赝电容,提高材料的比电容量㊂邢宝林等[24]以印尼褐煤为原料煤,考察了活化温度对超级电容器电化学性能的影响规律,对活性炭进行XRD分析,发现随着活化温度的升高,活性炭的石墨化程度呈现先增大后减小的趋势,在580ħ活化得到的活性炭(AC580)的002衍射峰强度最弱,表明石墨化程度最低,在不同的电流密度下, AC580的比电容高达369F/g㊂Li等[25]以内蒙古褐煤作为原材料,ZnCl2作为活化剂制备煤基活性炭电极材料AC,比较了AC-650ħ和商品活性炭AC-kerary的石墨化程度,通过XRD分析得知,AC-650ħ具有高度的无定型炭结构,使其拥有更加发达的孔隙结构,恒流充放电和循环性能均优于AC-kerary㊂Choi等[26]利用煤焦油沥青制备有机电解液超级电容器电极材料,通过对不同炭化温度制得的活性炭进行XRD及拉曼图谱分析得知,随炭化温度的升高,制得活性炭的石墨化程度依次增大, 500ħ下炭化得到的活性炭材料(C5AC)石墨化程度最低,且测得其恒流充放电和循环伏安曲线均表现出良好的电化学性能㊂2．5㊀灰分的影响煤中的灰分主要是指煤完全燃烧后余下的残渣,全部来源于煤中的无机矿物质,包括方解石(Calcite,CaCO3)㊁石英石(Quartz,SiO2)㊁黄铁矿(Pyrite,FeS2)等㊂樊丽华[27]㊁Hong[28]等研究表明,煤基活性炭应用于超级电容器电极材料时,灰分的存在是引起电容器自放电的主要原因,同时可能会导致活性炭的比表面积得不到充分利用,从而影响活性炭的比电容及循环稳定性能,所以活性炭中灰分含量越小越好;解强[29]㊁Zhang[30]等发现,煤中无机矿物质的存在,对电化学性能也起到了积极的作用㊂Zhou等[31]通过比较不同灰分含量的活性炭对电化学性能的影响发现,灰分含量在0．65%的活性炭A比灰分含量在0．34%的活性炭B随时间的延长,开路电压降低的更快,而且15min后,活性炭A㊁B的漏电流分别下降到1．5mA和0．75mA,说明活性炭中过多的灰分会使漏电流增大,影响自放电;对活性炭电极材料进行循环性能测试发现,在循环10000次以后,活性炭B的比电容保持率依旧很高,说明高灰分的活性炭会影响电极的循环性能㊂徐园园等[32]用新疆煤基活性炭制备超级电容器,分别比较了脱灰后活化和活化后脱灰2种脱灰工艺对电极材料电化学性能的影响,结果表明,活化后脱灰灰分含量更低,更接近理想的双电层行为,且在相同的电流密度下,灰分含量较低的煤基活性炭比电容值更高㊂ZHANG等[30]分别用低灰分(4．8%)神华煤和高灰分(18．1%)胜利煤进行对比考察灰分对活性炭电化学性能的影响,试验表明,灰分较高的胜利煤基活性炭比电容更高,原因可能是煤中的无机矿物质对活性炭的孔结构发育起到了催化作用,导致中孔率增大,降低了离子扩散内阻,从而提高了材料的比电容和循环性能㊂张永等[33]用以高挥发弱黏或不黏结的侏罗纪精煤块为原料的兰炭制备无定型多孔炭电极材料,制成兰炭/聚苯胺混合电容器,对比脱灰前后材料对电化学性能的影响,发现兰炭经过脱灰处理,会降低苯胺对非极性兰炭的润湿性,降低比电容㊂2．6㊀粒度的影响活性炭的粒度同样是制约电极材料电化学性能的因素之一,影响着超级电容器的放电效率㊁内阻以及使用寿命㊂活性炭粒度过小,粉末堆积可能会增加颗粒间的接触面,产生较大的接触电阻,使电容器的电阻率增大;同时,颗粒的减小也会缩短电解质离子在微孔中的扩散距离,减小扩散内阻㊂ZHANG等[34]用微波辐射法制备超纯褐煤基活性炭,使其灰分降至0．3%,并对其表面进行超细粉碎改性,研究发现,改性前后的活性炭材料都表现出了良好的循环特性,粒度更小的活性炭循环伏安曲线对称性更好,阻抗谱图中展示了更加良好的双电层特性,且比电容更大,循环多次后比电容量几乎没有衰减㊂952017年第5期洁净煤技术第23卷3㊀结㊀㊀语考察煤基活性炭对于超级电容器性能的影响规律,对提高煤基活性炭电极的电化学能力,增强其稳定性有着重要意义㊂对于煤基活性炭,其比表面㊁孔径分布㊁表面官能团㊁石墨化程度㊁灰分及粒度等众多因素都会影响超级电容器的电化学性能㊂为了增加活性炭电极材料的比电容,提高超级电容器的能量及功率密度,可以采取以下方法:1)石墨化程度会影响活性炭的孔径范围,利用活化改性或者配煤的方法可以调节活性炭的孔径,保证有形成双电层的微孔的同时,适当增加中孔的比例,改善电极材料的倍率特性,减少扩散电阻,降低对功率密度的影响㊂2)对煤基活性炭表面进行化学性质的改性,引入不同的亲水性表面官能团,改善活性炭表面的润湿性,提高比表面积利用率,同时利用表面官能团自身发生的氧化还原反应增加赝电容,提高超级电容器的比电容㊂3)对原料煤进行脱灰处理,减少灰分引起的超级电容器自放电的现象,提高充放电性能和倍率特性;或者加入具有催化活性的金属元素,促进孔隙发育,得到合适的孔径分布,进一步提高煤基活性炭的电化学性能㊂参考文献(References 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超级电容器用活性炭的制备与电化学表征分析
超级电容器用活性炭的制备与电化学表征分析发布时间：2021-04-15T13:45:42.637Z 来源：《科学与技术》2021年第2期作者：江斌[导读] 本文将煤焦油沥青当作前躯体，用当前常用的化学活化法进行超级电容江斌天津清研微能科技有限公司天津市 300304摘要：本文将煤焦油沥青当作前躯体，用当前常用的化学活化法进行超级电容器用高比表面活性炭以及活性炭电极的制备，从中剖析了活化温度对活性炭电极比电容量所产生的影响，并对活性炭电极的充放电性能与活性炭材料的比表面积、孔结构之间的关联性，另外还对活性碳电极开展了电化学表征，望能为此领域研究提供些许借鉴。
关键词：活性炭；超级电容器；电化学表征超级电容器实为一种多用且关键的储能器件，介于电容器与电池之间；现阶段，商用超级电容器所采用的电极材料多为高比表面活性炭材料，但是活性炭价格昂贵，已经成为对超级电容器持续发展造成限制的重要因素。
所以，选用有较低价格的原材料，且尝试可控且简便的工艺来进行超级电容器用多孔活性炭的制备，至关重要。
需要指出的是，化学活化是对高比表面多孔活性炭进行制备的常用且有效方法，活性炭的性能由特定的活化工艺及前驱体所决定，本文将煤焦油沥青当作前驱体，把KOH当作活化剂，用化学活化法进行超级电容器用高比表面活性炭的制备，且经恒流充放电对活性炭电极所对应的比电容量进行测定，从中剖析不同活化温度对电极比电容量所具有的影响，以及电极所具有的电化学表征，现就此探讨如下。
1.实验方法1.1制备活性炭材料与表征分析在不同温度下，按照1:4的质量比例（煤焦油沥青：KOH）进行活化，热处理指标：加热速率为每分钟5℃，氩气气流为每分钟60mL，保温时间为2h。
在冷却出炉之后，首先用稀盐酸进行洗涤，然后再用去离子水将pH值降低至6.5。
在干燥之后，用N2吸附仪（Micro- 2000型）对活性炭电极材料所对应的孔隙结构、比表面积进行分析。
1.2制备活性炭电极与形貌表征把PTFE（5%）、乙炔黑与自制活性炭按照5:10:80的质量比混合在一起，与此同时，将一些乙醇、去离子水加入其中，持续搅拌2h，反复碾压粘稠状电极活性浆料，且在特定压力下，把它碾压至事先准备好的泡末镍集流体上，各片电极的面积均为0.78cm2，载碳量是8~10mg/cm2，电极的厚度是0.50mm。
超级电容器用氮硫双掺杂活性炭的设备制作方法与制作流程
本技术涉及一种超级电容器用氮硫双掺杂活性炭的制备方法，具体为：(1)将生物质纤维素和/或木质素粉末在硫酸尿素溶液中浸泡处理后干燥得到干燥产物；(2)将干燥产物在250℃下预氧化1h得到预氧化产物；(3)将预氧化产物置于管式炉后在600℃下惰性气氛中炭化2h得到炭化产物；(4)将炭化产物与氢氧化钾混合后置于管式炉后在800℃下的惰性气氛中活化1h 得到活化产物；(5)将活化产物置于盐酸溶液中搅拌24h，然后用去离子水清洗至中性后在60℃下真空干燥12h，即得到超级电容器用氮硫双掺杂活性炭。
本技术方法操作简便，氮硫元素掺杂比例易调控，制得的活性炭的得率高且其被用作电容器电极材料时的比电容高。
权利要求书1.一种超级电容器用氮硫双掺杂活性炭的制备方法，其特征是：将生物质纤维素和/或木质素粉末浸泡硫酸-尿素溶液后进行预氧化、炭化和活化制得超级电容器用氮硫双掺杂活性炭；所述超级电容器用氮硫双掺杂活性炭的得率≥31.4％；采用相同原料制备氮硫双掺杂活性炭时，氮硫双掺杂活性炭中氮元素与硫元素的摩尔比的比值随着硫酸-尿素溶液中硫酸浓度的升高而降低，氮元素与硫元素的摩尔比的比值最小为1.256；所述超级电容器用氮硫双掺杂活性炭用作超级电容器的电极材料时比电容的最大值为393F/g；具体步骤如下：(1)将生物质纤维素和/或木质素粉末在硫酸-尿素溶液中浸泡48h后取出在60℃下真空干燥12h 得到干燥产物；(2)将干燥产物在250℃下预氧化1h得到预氧化产物；(3)将预氧化产物置于管式炉中，在600℃下惰性气氛中炭化2h得到炭化产物；(4)将炭化产物与氢氧化钾混合后置于管式炉中，在800℃下的惰性气氛中活化1h得到活化产物；(5)将活化产物置于盐酸溶液中搅拌24h，然后用去离子水清洗至中性后在60℃下真空干燥12h，即得到超级电容器用氮硫双掺杂活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器用氮硫双掺杂活性炭的制备方法，其特征在于，所述生物质纤维素和/或木质素为核桃壳、板栗壳和杏壳中的一种以上。
超级电容器用炭电极材料的研究进展
根据双 电层产 生的机理 ，用作超 级电容器 电极 的炭材料
应该具有 利于电荷吸附的大 比表 面积和便于 电解 液浸润及离 子快速运 动的孔结构 。而此时 ， 炭材料 的比表面积 、 孔径分布 以及表面 官能团等物化性质将直接影 响超级 电容 器的 电化学
在 ７ Ｏ℃施加 ２ ． ８ Ｖ 电压并循 环 １ ０ ０ ０次后 ，电极材 料 中表 面 含氧量 越多 ， 电容器 的容量衰减情况也就越 明显 。此外 ， 类似
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从理论上讲 ， 电极材料的比表面积越大 ， 电荷与离子储存 的活性位 就越 多 ， 超级 电容器 的 比电容值就越 大 ， 但实 际情况
表 明两者并 不成线性关 系㈣， 如图 ５ 所示， 其原 因可能是可形
超级电容器用活性炭电极材料的研究进展
超级电容器用活性炭电极材料的研究进展*邢宝林,谌伦建,张传祥,黄光许,朱孔远(河南理工大学材料科学与工程学院,焦作454003)摘要 活性炭因具有制备简单、成本低、比表面积大、导电性好以及化学稳定性高等特点,作为超级电容器电极材料已得到广泛应用。
论述了活性炭电极超级电容器的工作原理及活性炭物化性质对超级电容器电化学性能的影响,介绍了活性炭电极材料的最新研究进展,展望了其应用前景,指出寻找新炭源及活化技术、探索活性炭孔结构和表面性质的有效控制手段、开发活性炭复合材料等是该领域今后研究的重点方向。
关键词 活性炭 电极材料 超级电容器 电化学性能中图分类号:TQ424.1;T M 53 文献标识码:AResearch Progress of Activated Carbon Electrode Material for SupercapacitorXING Baolin,CHEN Lunjian,ZHAN G Chuanxiang,H U ANG Guangxu,ZHU Kongyuan(Institute of M ater ials Science and Eng ineering ,H enan Po ly technic U niver sity,Jiaozuo 454003)Abstract A ct ivated car bo n has been used w idely as the supercapacit or elect rode mat erial for its easy av ailabil-i ty,lo w cost,high specific sur face ar ea,excellent elect rical co nductivit y and chemical st abilit y.T he w orking pr inciple of super ca pacito r w ith activ ated carbon as electro de and effect of phy sicochemica l propert ies o f activated carbon on electro chemical perfor mance of supercapacit or ar e discussed,recent r esear ch adv ances and a pplicat ion pr ospect of act-i vated car bon electro de mater ial ar e highlighted.T he fo cus of fut ur e r esear ch such as search for new r aw materials and activat ion technolog y for activat ed carbon,ex plo ring an effectiv e method to contro l t he por e structur e and surface propert ies o f activat ed carbon and develo pment of activated car bo n co mpo site are also po inted o ut.Key words activated car bo n,electr ode mater ial,super capacito r,electro chemical per formance*河南理工大学学位论文创新基金资助(2009-D -01);河南理工大学博士基金资助(648216)邢宝林:男,1982年生,博士研究生,主要从事洁净煤技术及炭材料方面的研究 E -mail:baolinx ing @ 谌伦建:通讯作者,男,1959年生,博士,教授,博士生导师,主要从事矿产资源利用及炭材料方面的教学和研究工作 E -mail:lunjianc@0 引言超级电容器(Supercapacitor)又称电化学电容器(Elec -t rochem ical capacitor),是一种介于普通电容器与电池之间的新型储能元件,兼有普通电容器功率密度大和二次电池能量密度高的优点,且充电速度快,循环寿命长,对环境无污染,广泛应用于各种电子产品的备用电源及混合动力汽车的辅助电源[1,2]。
超级电容器用活性炭电极材料制备及性能研究
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超级电容器材料的合成与电化学性能研究
超级电容器材料的合成与电化学性能研究超级电容器是一种能够以电荷积累和释放能量的电子元件。
它们与传统电池相比具有更高的功率密度和更长的循环寿命，因此在能量存储领域具有巨大的潜力。
而电容器的核心技术之一就是超级电容器材料的合成与电化学性能研究。
超级电容器材料的主要特点是具有高特定表面积和良好的电导性能。
这两个特点是实现高能量储存和高速充放电的关键。
因此，合成高性能超级电容器材料的方法是当前研究的热点之一。
一种常见的超级电容器材料是活性炭。
活性炭具有极高的表面积，使其能够容纳更多的电荷，并且具有良好的电化学性能。
合成活性炭的方法有很多种，例如热解、物理和化学活化等。
其中，物理活化是一种常用的方法，通过高温和化学气氛来改变原始碳材料的结构和性质。
除了活性炭，还有其他一些材料也被广泛应用于超级电容器中，如金属氧化物、二维纳米材料和碳纳米管等。
金属氧化物因其丰富的氧化还原反应和良好的导电性能而备受关注。
而二维纳米材料和碳纳米管则因其杰出的电化学性能和高导电性而成为超级电容器材料的热门选择。
当然，并非所有的超级电容器材料都是传统的电子材料。
近年来，一些有机物和有机-无机杂化材料也被应用于超级电容器中。
这些材料具有较高的电荷传输速率和较低的内部阻抗，能够显著提高超级电容器的性能。
合成这些材料的方法包括溶液法和固相合成等。
在材料合成之后，对超级电容器材料的电化学性能进行研究也是非常重要的。
其中，最常用的研究方法之一是循环伏安法。
通过在不同的电势范围内进行循环扫描，可以得到电容器的充放电曲线。
通过分析充放电曲线，可以了解材料的电容量、内阻和循环寿命等性能。
此外，还有其他一些表征手段被用来研究超级电容器材料的性能，如交流阻抗谱法和电容量衰减测试等。
这些方法可以进一步了解材料的电子传输和离子传输性能，从而指导超级电容器的设计和优化。
综上所述，超级电容器材料的合成与电化学性能研究是实现高能量密度和高功率密度的超级电容器的关键。
多孔炭材料制备及电容性能研究
多孔炭材料制备及电容性能研究超级电容器作为新型储能元件,由于循环寿命长,可逆性良好,能量密度和功率密度高等的优点,一经问世便受到广泛关注。
其中,电极材料作为超级电容器的重要组成部分,很大程度上决定了超级电容器的性能。
研究表明,具有大比表面积,高电导率,适当孔径分布和规则孔道结构,化学性质稳定的多孔炭材料能够成为理想的电极材料。
本文采用水蒸汽活化废轮胎热解炭黑,模板-水热法,模板-溶剂蒸发法制备出具有不同孔道结构的碳质多孔材料,并考察了其在水系电解液(6MKOH)中的电化学性能。
论文主要研究内容与结果如下：(1)采用水蒸汽活化处理纯化后的热解炭黑制备活性炭。
随着活化温度,活化时间的增加,活性炭的产率逐渐减小,比表面积和孔体积逐渐增加,微孔体积逐渐减小,说明活化过程中炭与水蒸汽发生氧化反应,使孔径不断扩大。
综合考虑活化过程中炭材料的产率及所得炭材料的孔道结构特点,选取AC-800-4和AC-850-2炭材料进行进一步的电化学性能研究。
研究结果表明,所制备的活性炭材料具有良好的电化学可逆性,其中AC-800-4的比电容较高(110Fg-1),等效串联电阻较小(0.34Ω),但电荷转移电阻和频率的响应时间增加。
原因可能是水蒸汽活化处理过程中,AC-800-4炭材料具有较窄的孔道结构和较高的官能团含量。
其中,窄的孔道结构不利于电解液在材料内部的扩散传输,使频率的响应时间增加；材料表面含氧官能团增加,一方面,改善材料表面润湿性,使电化学反应过程中等效串联电阻降低,另一方面,其氧化还原反应产生赝电容,使整体比电容提高,但同时使电荷转移电阻增加。
采用浓硝酸对AC-800-4进行表面改性处理,改性后活性炭的形貌、孔道结构和石墨微晶结构基本保持不变,含氧官能团含量增加,电化学性能明显提高,比电容从110Fg-1提高到140Fg-1,且循环性能良好。
这主要是由于引入的含氧官能团可以增加材料表面的极性,改善材料表面润湿性,增加电极材料与电解液的有效接触面积；同时在充放电过程中发生氧化还原反应,形成赝电容,从而增加电极材料的比电容。
超级电容器用玉米芯基活性炭材料的制备和性能研究
超级电容器用玉米芯基活性炭材料的制备和性能研究超级电容器作为一种高性能储能设备，已经引起了广泛的关注。
然而，传统的电容器材料如钨酸盐等存在成本高、容量低等缺点，因此寻求一种新的更高效的储能器材料尤为重要。
玉米芯基活性炭作为一种新型的兼具低成本、高比表面积和好的导电性质的材料，近年来被提出作为超级电容器电极材料的备选方案之一。
首先，制备过程中，玉米芯的取得、洗涤和磨碎是制备活性炭的基础步骤，然后在特定条件下煅烧以获得高纯度的活性炭。
煅烧的条件主要包括温度、时间、升温速度等因素，通常在氨气气氛下煅烧，在煅烧前先磷酸灌注，能够显著提高活性炭的比表面积。
其次，对于超级电容器的性能测试，常用的电化学测量方法包括循环伏安法（CV）、线性扫描伏安法（LSV）和电化学阻抗谱法（EIS）。
实验结果表明，制备出的玉米芯基活性炭电极材料在1 M H2SO4溶液中，其比电容可以达到约150 F/g，比表面积高达2460 m2/g，优于其他常见的活性炭材料。
此外，该电极材料还具有良好的电化学反应动力学性能，和优秀的充放电循环稳定性。
最后，玉米芯基活性炭材料的研究为超级电容器的发展提供了一种新的路径。
以玉米芯为原料的活性炭不仅便宜，而且环保，同时其纳米级的孔隙结构也有利于电极材料高效储能。
未来在玉米芯基活性炭材料的应用研究中，研究者们应该更加注重其制备工艺的优化，以提高电极材料的能量密度和功率密度，进而提升超级电容器的整体性能。
总之，玉米芯基活性炭材料的制备和性能研究为电极材料的设计和开发提供了一种新的思路和方法，其优异的性能表现可能会促进超级电容器行业的研究发展并促进相关技术的商业应用。
此外，玉米芯基活性炭材料的制备方法简单、成本低廉，具有很好的可持续性和环境友好性。
相比较于传统材料制备方法，玉米芯的获取和处理过程不会对环境造成过大的影响。
此外，玉米芯在农业生产中也是一种很常见的副产品，其利用也符合资源的综合利用原则，具有较好的社会效益。
试析活性炭堆积密度对双电层超级电容器性能的影响
试析活性炭堆积密度对双电层超级电容器性能的影响摘要：双电层超级电容器是一种具有较好应用价值的储能器件，活性炭作为双电层超级电容器的电极材料，对保证双电层超级电容器的合理运用，具有较好的应用价值，因此为了明确活性炭的合理应用，需要对活性炭堆积密度与双电层超级电容器性能的影响进行研究，从而确保双电层超级电容器的稳定运用。
本文结合活性炭的基本情况，研究活性炭堆积密度对双电层超级电容器性能的影响，确保在实际应用中双电层超级电容器的性能能够得到保证，从而保证储能设备的服务能力，使之可以更好地为储能行业的健康发展奠定基础。
关键词：活性炭；堆积密度；双电层；超级电容器；性能；影响双电层超级电容器是一种具有较好应用价值的储能器件，在实际工作中，它的能量密度和功率密度要远远高于传统电容器，不仅功能作用、稳定性都相对较好，且具有较好的应用价值。
但是，实际应用时，需要结合实际情况，做好活性炭的合理控制，确保活性炭得到合理地运用，进而提高双电层超级电容器的应用价值。
基于此，本文对活性炭堆积密度对双电层超级电容器性能的影响进行研究，为了明确活性炭堆积密度对双电层超级电容器的影响，需要采取试验的方式，确保经过合理的试验分析后，选择合理的活性炭堆积密度保证双电层超级电容的应用效果。
1. 试验材料及试验方法结合实际情况，对活性炭堆积密度进行研究，试验中，所使用的试验材料包括超级电容专用乙腈基电解液，粘结剂包括羟甲基纤维素钠、丁苯橡胶，同时，这些材料，需要为电容级的材料。
另外，活性炭选择双电容层电容专用的活性炭、隔膜，导电剂选导电炭黑。
准备适量的上述试验材料，且在试验之前，应用相应检测方法对试验材料的关键性能进行检验分析，确保试验材料满足试验进行的相应需求，进而保证试验质量。
所以，在试验材料的准备中，需要做好堆积密度和编号的合理控制，详细情况，就可以参考下表1所示的相应内容。
表1：实验所用极片堆积密度和编号编号A B C D E厚度（μm）1201101009080密度（10-3g/cm³）429474529600629基本的试验材料准备完毕后，还要对电极进行制备，按照活性炭：羟甲基纤维素钠：丁苯橡胶：导电剂炭黑，以90:2.5:2.5:5的方式进行配置，加入适量的溶剂去离子水，进行充分搅拌，并持续搅拌4h，使之成为混合均匀的浆料。
有机系超级电容用活性炭性能的研究以及大容量超级电容器的开发
摘要摘要随着传统能源的日益消耗以及近年来环境问题逐渐被人们所重视，清洁能源行业得到了飞速的发展，对储能元件的性能也提出了更高的要求，传统的储能元件已经开始显现出其局限性，超级电容器作为新一代储能元件，逐渐走进了人们的视野。
本论文着力于超级电容单体性能的提高，研究内容包括集流体表面改性技术对电容单体性能的影响、电极材料涂布厚度对电容单体内阻的影响、活性炭材料比表面积与孔径分布对材料比电容的影响等，在研究结果的基础之上，设计并且制备了不同类型的大容量超级电容器单体。
使用了电火花放电的方法处理集流体表面，极大地降低了集流体与电极材料的接触电阻，使得电极片电阻的测量更加精确，在此基础上分析了极片厚度对电容器内阻的影响。
为了探究电极材料涂层厚度对电极材料的比电容、能量密度、电容器内阻、峰值功率以及循环性能的影响，制备了不同涂层厚度的样品，使用了恒流充放电（GCD）、循环伏安（CV）、电化学交流阻抗图谱（EIS）等手段对样品进行了较全面的测试，分析实验结果发现：电极材料的比电容、能量密度与电极材料涂层厚度呈现非线性关系，当涂层厚度为88.2μm 时，二者达到最大值，分别为122.5 F∙g-1，38.5 Wh/kg，也就是说，此涂层厚度可以作为能量型超级电容器的最佳电极材料涂层厚度；电容器的内阻、峰值功率以及循环性能与电极材料涂层厚度呈现非线性关系，当涂层厚度为61.1μm时达到最佳，分别为0.126 Ω，14.46 W，92.9%，此涂层厚度可以作为功率型超级电容器的最佳电极材料涂层厚度；为了从理论上解释内阻与电极材料涂层厚度的关系，建立了一个数学模型来描述电荷在孔隙以及传输通道中的扩散过程，实验结果也充分验证了此模型的可靠性。
由模型计算得到，使得内阻最小化的涂层厚度应为53.1μm。
测试了四种活性炭样品的比表面积与孔径分布等参数，以及其作为电极材料的比电容。
等温吸脱附曲线（Ⅳ型）与密度函数理论（DFT）孔径分布结果显示，虽然四种材料的孔径类型有所区别，但都存在大量的微孔和中孔结构。
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1． 引 言 超 级 电 容 器 是 20 世 纪 70~80 年 代 发 展 起 来 的 一 种 介 于 电 池 和 传 统电容器之间的新型储能器件,具有比容大、功率密度高、循环寿命长和 对环境无污染等特点[1]。 超级电容器的这些特点使它备受各国政府 和 企业的关注,并已成为国际能源领域的研究热点。 近年来，活性炭[2]、活 性 炭 纤 维[3]、炭 气 凝 胶[4]以 及 炭 纳 米 管[5]作 为 超 级 电 容 器 电 极 材 料 受 到国内外研究者的广泛关注。 活性炭由于具有原料丰富、价格低廉、易 于制备[6，7]、成型性好、电化学稳定性高等特点而成为最具产业化前 景 的电极材料。 本文以石油焦为原料,采用化学活化法制备高比表面积活 性炭,实验研制的活性炭不仅比容高而且功率特性好,非常适合用作高 功率场合的超级电容器电极材料。 2． 实 部 分 验 2.1 活性炭的制备和表征 活性炭制备的原材料为大庆石化生产的优质石油焦。 实验中将石 油焦研磨到一定粒度（200 目）后与 KOH 按照质量比 为 1∶4 的 比 例 混 合 并放入箱式电阻炉中,从室温自然升温到 420℃并保温 2h,然后再隔绝空 气升温到 1000℃并保温 1.5h 进行活化,关闭电源,让样品自然冷却,再用 蒸馏水反复冲洗至中性,于 120℃干燥后进行研磨。 采用 VEGA//TESCAN 型扫描电镜对样品进行形貌表征。 利用 NOVA2000e 比表面与孔隙度自 动分析仪测定样品的比表面积和孔径 分 布,吸 附 质 为 高 纯 N2,吸 附 温 度 为 77K。 用 IM6ex 化学工作站对其电性能进行测试。 2.2 电容器的组装和性能测试 将活性炭、导电石墨和聚四氟乙烯（PTFE）按照质量比为 75∶20∶5 的 比例混合并用 10Mpa 的压力压制成 Φ13mm×0.3mm 的电极片,并将压制 好的电极片放入真空干燥箱中于 120℃真空干燥 24h。 组装电容器时,先 将电极片在 6mol/L 的 KOH 溶液中真空浸泡 24h, 然后在两片电极片中 间夹入浸泡有相同电解液的隔膜,再用模具固定进行测试。 恒流充放电 测 试 在 IM6ex 电 化 学 工 作 站 进 行,电 极 材 料 的 单 电 极 质 量 比 容 （F/g）由 恒 流 放 电 曲 线 的 直 线 部 分 , 利 用 公 式 （1）进 行 计 算 : C =2IΔt/mΔV （1） 其中:I 为放电电流，A；ΔV 为电压降，V；Δt 为所取时间段，s；m 为单 个电极片的质量，g。 电容器的等效串联电阻（equivalent series resistance, ESR ）采 用 公 式 （2）进 行 计 算 : R =ΔV/I （2） 其中:ΔV 为放电开始瞬间的电压降;V,I 为放电电流;A。
图 2 为活性炭样品 的孔径分布。 孔径分布
由吸附等温线的脱附分支采用 DFT 法计算得到。 实验研制的活性炭样 品的中孔含量 40%,显然实验研制的活性炭为微孔炭为主，以中孔为辅, 而 且 样 品 的 孔 径 分 布 很 窄,绝 大 部 分 在 4nm 以 下 ，平 均 孔 径 为 1.76nm。 测试表明其比表面积为 1674m2/g。
图 4 活性炭电极在 30wt.%的 KOH 溶液中的循环伏安曲线.扫速:30mV/s
科技致富向导 2008.11
高校讲坛 ·５·
民族声乐的发声练习方法
尚璇 （山东省济宁学院音乐系 山东 济宁 272000） 摘 要:民族声乐艺术是一门技术性和实践性非常强的学科，只有掌握了科学的民族发声方法，才能听到音色明亮、清脆圆润的演唱。
3． 实 验 结 果 及 讨 论 3.1 活 性 炭 的 形 貌 结构和孔隙性表征
图 1 为活性炭样品 的 SEM 照 片,它 反 映 的 是活性炭表面的一些较 大孔径的中孔和较小孔 径的大孔, 孔洞形状有 的为圆形, 有的为狭缝 形。 受放大倍数的限制, 活性炭表面的微孔无法 观察。 图 1 活性炭样品的 SEM 图片（左图） Fig.1 SEM image of the AC sample（左图）
▼ ▼▼▼ ▼▼▼ 4Байду номын сангаас4 50 50 50 50 | 54 32 1 — ‖
hu hu hu hu hu hu hu 唱跳音时喉咙要充分打开，保持膈肌的控制，把声音弹向上颚，上 颚积极上提，将声音导入面罩。 4. 八 度 音 程 练 习 八度音程练习是用来解决高音的，做这种练习时，从起音开始时各 部位肌肉就要做好准备迎接高音， 高八度的那个音要与起音的感觉一 样，尤其是喉咙要打开，切忌“甩喉头”，气息要循序渐进地给出，在跳到 高音时腰椎、后背都要用上力量，头腔共鸣打开，提起笑肌，把声音往面 罩上送，声音集中、明亮、圆润、有穿透力。 练习如下
我国的民族声乐艺术是一门继承发扬了传统民歌演唱方法以及借 鉴了西方美声唱法的经验和技巧而形成的一种唱法， 对风格把握及语 言有着极高的要求，要想掌握好它，必须通过正确的发声训练和大量歌 曲演唱来逐步完成。 要想唱好歌，发声练习是不可缺少的重要环节，只 有掌握了科学的民族练声方法，才会使歌声清脆圆润，优美动听。
在教学中，每个学生的条件及存在的问题都有所不同，教师就要对 不同程度的学生做有针对性的各种练习， 笔者归纳了几种常用的民族 声乐的发声练习方法供大家参考：
1. 哼 鸣 练 习 哼鸣练习在民族声乐的发生练习中经常使用，特别是一些初学者， 帮助他们寻找共鸣位置的感觉，常采用的哼鸣练习有两种：一种是开口 哼鸣，哼唱时降低软腭，使舌后部与软腭贴近，让气流声音进入鼻咽腔 和鼻腔。 轻轻一哼，就能体会到上口盖的后上方是个充满空气使声音振 动的共鸣空间，鼻咽口有互相通气的感觉，腰的四周始终保持吸气时的 膨胀的状态。 在开口哼鸣时，下巴、舌根、前颈部都要放松；另一种是闭 口哼鸣，口腔里面呈张口唱 a 的感觉，而双唇闭紧，“顺着鼻腔呼”，上下 通气。 既有深呼吸支持，又有高位置共鸣，初学者最好使用三度音阶，练 声时不要追求大音量，唱高音。 在唱的过程中可以活动口腔，但必须保 持在状态和位置都不变的前提下进行。 如下： 2/4 13 53 | 1- ||
● 4/4 1 — 1— ｜ 7654 32 1— ‖
a 这种练习由于音程跨度大，高音必须从低音中找感觉，从 1 至 1 不能 太“冲”，应以持续的压力上推，上下连贯，然后保持住高音状态往下返回。 5． 快 速 音 阶 练 习 快速音阶的练习是多种多样的，无论是从高到低，还是从低到高， 无论音域有多宽，在练习时都要求把每个音交待清楚，不可有丝毫的含 混，练习时力量要匀，由低音进入高音，不用调节发声器官，而是一开始 就做好了完成整条练习的口形和管道， 以兴奋的状态使气息均匀有序 地向上流动并保持喉降肌向下的力量， 这样可以保持用唱中低声区的 感觉唱较高的音，所以，这也是解决高音的一个办法。 练习如下
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科技致富向导 2008.11
超级电容器用活性炭的研究
王仁清 （江西财经大学电子学院 江西 南昌 330013） 摘 要：以石油焦为活性炭原料，运用化学活化法制备了超级电容器用高比表面积活性炭。利用 ＳＥＭ 和 ＢＥＴ 对实验制备的活性炭进行了分析 和表征。以实验制备的活性炭为超级电容器电极材料，利用恒流充放电测试对其电容特性进行了研究。结果表明，实验研制的活性炭的比表面积为 １６７４ｍ２／ｇ，中孔含量达到 ４０％，在 １０ ｍＡ／ｃｍ２ 的电流密度下其比容达到 ２８５Ｆ／ｇ，而且基于实验研制的活性炭的超级电容器具有低内阻和良好的功 率特性。 关 键 词 ：超级电容器；活性炭；比容 Abstract：Ｈｉｇｈ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ （ＡＣ）ｆｏｒ ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ｗａｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｆｒｏｍｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｃｏｋｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ．ＳＥＭ ａｎｄ ＢＥＴ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｓｅ ｔｈｅ ＡＣ．Ｔｈｅ ＡＣ ｗａｓ ｍａｄｅ ｉｎｔｏ ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｉｔｓ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂｙ ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔｉｃ ｃｈａｒｇｅ／ｄｉｓｃｈａｒｇｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣ ｉｓ １６７４ｍ２／ｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｅｓｏｐｏｒｅ ｉｓ ４０％．Ａｔ ａ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ １０ ｍＡ／ｃｍ２，ａ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｏｆ ２８５ Ｆ／ｇ ｉｓ ｒｅａｃｈｅｄ．Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ ｓｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＡＣ ｈａｖｅ ｌｏｗ ＥＳＲ ａｎｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｏｗｅｒ ｐｒｏｐｅｒｔｙ． Key words：ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ； ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ；ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ 中图分类号：TM53 文献标识码:A
m 练习要领： 要求吸的舒服和饱满； 哼鸣前寻找上、下的通气感，鼻咽口上方往下吸气，下面腰的两侧 与小腹扩张，哼唱时保持吸气状态； 发声时感觉混着气的声音顺着“吹”向鼻咽腔，这样很容易得到头 腔共鸣位置和深呼吸支持的稳定状态。 2. 连 音 练 习 连音练习是学习歌唱发声的基础， 歌唱声音的主要表现力就在于 声音的连贯优美，只有连贯的声音才能唱出动人的旋律线来。 做连音练 习时，声音的连贯就像一条线，发出的声音走“直线”，避免晃动的声音， 唱比较多的音阶时声音更要串起来，所发出的母音像糖球，而气息就像 竹签，把每个母音串在一起，整齐、均匀、统一。 而呼吸就像转动的齿轮 一样均匀，连续不断，开始时可选一些简单的母音，音程相近的音阶练 习，做上行和下行的练习都可以。 练习如下： 4/4 12 34 54 32 | 1— ——||
图 2 活性炭样品孔径分布（Fig.2 Pore size distribution of activated carbon ） 3.2 活性炭电容器的电性能测试 图 3 为基于实验研制的活性炭的超级电容器的恒流充放电曲线,充