活性炭超级电容器的电化学行为

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。 • 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。
目 录
图1不同扫描速度下电极的循环伏安谱图
3.2 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
1.2活性炭的介绍
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。 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。
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 。
物理活化法 活化方法 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
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。
图5 电极自放电曲线
3.4 电极自放电测试
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 。
图6 电极自放电速率曲线
Thank you !
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。
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
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。
图4 正负极比容量与频率的关系
3.4 电极自放电测试
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。
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>
3.3 比容量的测试
ຫໍສະໝຸດ Baidu
如上图，在低频区 ，正 负极相角值随频率增加而减 小很快
图3 电极Bode谱图
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
活性炭超级电容器电极的 电化学行为
01
目 录
活性炭超级电容器的介绍
02
活性炭的制备
03
电化学测试
1.1超级电容器的介绍
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。