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廣東韓研活性炭科技股份有限公司
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閱讀：465發(fā)布時間：2021-11-29
通過氫氧化鉀對生物質(zhì)進(jìn)行碳化和活化制成的活性炭，具有高比表面積(SSA)的三維(3D)碳互連結(jié)構(gòu)的微控制介孔結(jié)構(gòu)。對于KOH / RBC = 4質(zhì)量比，其SSA為2475m 2 g -1，優(yōu)化孔體積為1.21cm 3 g -1(中孔為40%)。用于超級電容器的制備的3D活性炭基電極材料在10A g -1和100A g -1的 大電流密度下具有高比電容，即在6M中的265F g -1和182 F g -1 KOH電解液。此外，高功率密度約 在離子液體中的活性物質(zhì)負(fù)載量(?10 mg cm 2)的基礎(chǔ)上，達(dá)到1223 W kg -1(550 WL -1)和能量密度70 W h kg -1(32 W h L -1)。這些發(fā)現(xiàn)可以開辟新的途徑，將豐富的農(nóng)副產(chǎn)品作為理想材料，在高性能儲能裝置中得到廣泛的應(yīng)用。
基于活性炭的雙電層電容器或超級電容器提供高功率密度和循環(huán)性非凡的*的優(yōu)點，但提供中等能量密度。提高他們的能量密度，在不損害上述優(yōu)點將使他們的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。例如，混合動力或全電動汽車(HEV或電動車)的不斷增長的市場滲透力，不僅需要加速時的功率密度的不斷提高，也增強(qiáng)對不間斷電源能量的密度。
超級電容活性炭介紹
靜電儲存電荷使用電解質(zhì)的離子的可逆吸附到適合于離子的大小的多孔電極材料具有高的表面積和孔隙電化學(xué)電容器。現(xiàn)有的基于超級電容的設(shè)備中已經(jīng)使用了高表面積(> 2000m 2 g -1)的常規(guī)生物質(zhì)，煤或石油制成的活性炭。不幸的是，它們具有能量密度的限制(5-8瓦千克-1)為高功率密度。微孔保證了它們的高比表面積和低孔隙率，一些孔隙小于離子的孔阻止有效的離子電吸附8。例如，尺寸小于0.5nm的孔通常被認(rèn)為太小而不能形成雙層，這對雙層電容總數(shù)9沒有貢獻(xiàn)。雖然理想的微孔應(yīng)該比去溶劑化的離子稍大，以便這些離子通過細(xì)孔順利通過。此外，只微孔的碳將增加等效電阻，并因此減小功率氣孔密度的。反之，豐富多孔紋理結(jié)合大孔和中孔可與內(nèi)部相對大的孔提高離子的傳質(zhì)應(yīng)用中表現(xiàn)出超快速率能力。然而，它們有限的表面積(通常低于1000m 2 g -1)和具有有限活性位點的高孔隙率(?0.3g cm -3)使超級電容的能量密度最小化，即具有很少微孔和介孔的材料導(dǎo)致有限的容量( <120 F G -1在有機(jī)電解質(zhì))。已經(jīng)探索了幾種用于EDLCs的孔徑分布(PSD) - 控制的微孔和介孔活性炭合成的方法。具有可控孔徑的硬質(zhì)合金衍生的活性炭和模板活性炭試圖確保光滑的離子轉(zhuǎn)移，但是它們相對復(fù)雜的合成過程和/或使用有毒化學(xué)物質(zhì)/氣體大規(guī)模限制生產(chǎn)。此外，作為一種可再生資源，生物質(zhì)制成的活性炭已經(jīng)吸引了注意力，準(zhǔn)備作為超級電容器內(nèi)活性炭材料的選擇，由于其成本低，巨大的可用性，快速再生和環(huán)境友好性。然而，他們的能量密度和速度表現(xiàn)仍然不能令人滿意。因此，要增加能量密度和比表面積。
怎么樣獲得更強(qiáng)的活性炭
首先，將15g原材料在氮氣中以3℃min -1從室溫至700℃ 碳化1小時。形成碳化材料再用氫氧化鉀在氮氣中以3℃min -1的速率在850℃下活化1小時。將所得黑色固體研磨成粉末，用1M HCl溶液和蒸餾水洗滌。最后，將樣品在120℃下干燥12小時。這樣制成了超級電容炭的樣品。
通過組合前體碳化和活化過程生產(chǎn)活性炭的新途徑，制成具有高表面積和平衡的微/中孔性。探討了孔結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的關(guān)系。結(jié)果表明，高比表面積為2475 m 2 g -1，中孔孔隙率高達(dá)40%的樣品在6 M的大電流密度為100 A g -1時具有的電容性能182 F g -1 KOH。良好的穩(wěn)定性也可以通過充電/放電的10,000循環(huán)壽命來證明。最重要的是，離子液體中的能量密度和功率密度分別達(dá)到70 Wh kg -1(32 W h L -1)和1223 W kg -1(550 WL -1)。在高電流密度下獲得的改進(jìn)的電化學(xué)性能很可能是由于具有增強(qiáng)的活性炭的大比表面積和微/中孔性。因此，我們提供了一種易于獲得的，可再生的和便宜的原料來制備高能量密度的超級電容器。
在使用簡單，經(jīng)濟(jì)有效和可擴(kuò)展的合成路線，制備了具有優(yōu)化的孔徑分布，高比表面積和高密度的3D多孔活性炭。通過農(nóng)業(yè)邊角料作為活性炭源獲得了高度豐富且易于獲取的直接生物質(zhì)原料。超級電容器電極材料使用較高的比表面積和均衡的微/中孔相互連接的RBC-4結(jié)構(gòu)。制備的超級電容器 在含水電解質(zhì)中的大電流密度為10 A g -1時顯示出265 F g -1的比電容，循環(huán)壽命超過10,000周期，比能量為70 Wh kg -1(32 W h L - 1)和離子液體中1223 W kg -1(550 WL -1)的比功率。
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