二次水蒸气活化制备离子液体超级电容器活性炭的研究

为改善工业物理法产普通活性炭的孔隙结构,提高其作为离子液体超级电容器电极材料的性能,采用水蒸气活化法,分别对煤质活性炭(CAC)、椰壳活性炭(CSAC)和竹基活性炭(BAC)进行二次活化,探讨了工艺条件对活性炭孔隙结构的影响,并利用恒电流充放电、循环伏安曲线和交流阻抗等方法对3种活性炭制作的双电层电容器的电化学性能进行了研究。结果表明:二次水蒸气活化能够显著提高活性炭中孔孔容,从而大大提高吸附性能,3种活性炭的碘吸附值、亚蓝吸附值均相比原料有较大提升;二次水蒸气活化对CSAC的孔隙结构和比电容量影响最显著,二次活化椰壳活性炭的BET比表面积可达1 972 m2/g,电流密度0.5 A/g时,超级电容器的比电容量可达106 F/g,是原料(43F/g)的2.5倍。     

燃料电池

美国宾夕法尼亚大学的科学家设计出以甲烷等碳氢化合物为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池。 燃料电池使用气体燃料和氧气直接反应产生电能，其效率高、污染低，是一种很有前途的能源利用方式。但传统燃料电池使用氢为燃料，而氢既不易制取又难以储存，导致燃料电池成本居高不下。 此前科学家曾尝试用便宜的碳氢化合物为燃料，但化学反应产生的残渣很容易积聚在镍制的电池正极上，导致断路。宾夕法尼亚大学的雷蒙·戈特及其同事使用钢和陶瓷的混合物制造电池正极，解决了残渣积聚问题。这种新电池能使用甲烷、乙烷、…     

石墨烯改性椰壳活性炭复合材料的制备及其电化学性能研究

以椰壳为原料,水蒸气活化法制备了椰壳活性炭(AC),并以乙醇和水作为溶剂,采用水热法将AC与石墨烯(GR)按质量比90∶0、90∶5、90∶54、90∶90和54∶90复合,将制得的复合材料(GAC1~GAC5)作为电极应用于超级电容器。通过氮气吸脱附、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)方法表征了活性炭的孔结构和表面形貌;采用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)方法分析比较不同复合比例下超级电容器电极材料的性能。实验结果表明:在炭化温度800℃,活化温度900℃及活化时间1.5 h的条件下制备的椰壳活性炭比表面积为2482 m^2/g,其孔径主要分布在2~4 nm,孔容可达1.33 cm^3/g,在6 mol/L KOH电解液中比电容为85 F/g,石墨烯改性的复合材料GAC-5作为电极材料具有优异的电化学性能,在电流密度1 A/g时比电容可达186 F/g。     

生物质碳/MnO_2复合电极材料及其在超级电容器中的应用进展

近年来,生物质碳材料由于来源广泛、化学稳定性好、比表面积高、环境友好等优点已成为备受关注的电极材料,在能源转化和能量储存领域显示出巨大的应用潜力。但是生物质碳材料的理论比电容有限,且分散性差、机械脆性等缺陷也阻碍了其性能的完全实现,进一步影响了实际比电容。当其用于超级电容器时,受低能的静电作用力驱使,生物质碳材料基超级电容器的能量密度往往较低。将赝电容活性材料MnO_2沉积在生物质碳材料基质上,利用生物质碳材料与MnO_2的协同效应,可获得电导率、循环稳定性和电化学性能优异的复合材料。在介绍MnO_2结构和性质的基础上,对生物质碳材料/MnO_2复合电极材料的制备方法展开综合述评。此外,还总结了生物质碳材料/MnO_2复合物作为电极材料在超级电容器上的研究进展,并指出了其在应用过程中存在的问题。最后,就生物质碳材料/MnO_2复合物在高性能和柔性超级电容器未来应用方面进行分析,认为对生物质碳材料基底的改性、MnO_2纳米结构的调控和超级电容器结构的设计优化将是今后的重点研究方向。     

水蒸气活化制备超级电容器木质活性炭的研究

为了制备价格低廉、性能优良的超级电容器活性炭,以马尾松为原料,采用常规的水蒸气活化法制备了超级电容器木质活性炭。采用元素分析,N2吸附/脱附等手段分析了活性炭的元素含量和孔隙结构;采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等方法,分析了活性炭电极在以1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/乙腈为电解质溶液的超级电容器中的电化学性能,考察了活化温度、活化时间对木质活性炭电化学性能的影响规律。结果表明:随着活化温度的升高,活性炭的比电容量先增后降;随着活化时间的延长,活性炭的比电容量也呈现先增后降的变化趋势。在炭化温度900℃、活化温度900℃和活化时间1 h的条件下制得的活性炭比表面积高达1 647 m~2/g,总孔容积1.00 cm3/g;在5 m V/s的扫描速率下活性炭电极的比电容量最高,达到155 F/g,且倍率性能和循环稳定性良好,循环5 000次后比电容量保持率89%;其在有机电解液中的能量密度高达33.6(W·h)/kg。     

纳米新技术集萃

纳米技术把织物和纸张变成轻型电池斯坦福大学的工程师已发现了一种廉价和高效地生产轻型纸质电池和超级电容器,以及延伸和传导纺织品的方法,称之为e-纺织品(eTextiles),这种纺织品能够储存能源,同时保留普通纸张或者织物的力学性能,电池和超级电容器储存能量通过静电,不是     

磷酸法活性炭的三聚氰胺表面改性及其电化学性能研究

为了考察磷酸法活性炭作为双电层电容器电极材料的可行性,通过浸渍三聚氰胺后在500、700、900℃下热处理的方法对活性炭进行了表面改性,分别得到改性活性炭AC-N-500、AC-N-700、AC-N-900,考察不同热处理温度对活性炭表面氮元素结合状态的影响,及其对磷酸法活性炭作为双电层电容器电极材料的电化学性能的影响。采用氮气吸附、元素分析、X射线光电子能谱及电化学测试等方法分析表征活性炭的孔隙结构、元素组成、表面官能团存在形式以及电化学性能。结果表明:随着热处理温度的升高,改性活性炭氮元素含量逐渐下降,由AC-N-500的8.49%下降为AC-N-900的4.16%;三聚氰胺改性活性炭比表面积和总孔容明显降低。改性活性炭中氮元素主要以N-6(吡啶型)、N-5(吡咯型)、N-Q(季氮型)、N-X(氮氧型)4种形式存在;随着热处理温度的升高,N-6和N-5型官能团的比例略微减少并部分转变为N-Q。改性活性炭AC-N-700可制备出比电容达203 F/g(扫描电压1 m V/s)的活性炭电极材料,减小电极与电解液间的阻力有利于离子的渗入和电荷的传导,表明磷酸法活性炭具有作为双电层电容器电极材料的潜力。     

纤维素导电气凝胶及其复合材料在超级电容器中应用的研究进展

概述了纤维素气凝胶通过炭化和复合导电物质实现导电功能的技术手段,及其在超级电容器中的应用研究现状。重点介绍了纤维素导电气凝胶孔结构及其复合结构对超级电容器电化学性能的影响,包括:依据电解液离子大小调控电极材料的孔结构和孔径分布,优化双电层电容行为;借助石墨烯等高导电性物质提高复合材料的导电性和比表面积,实现复合电极材料性能的增强及其在柔性能源储存装置中的应用;结合纤维素炭气凝胶优良的导电性与结构稳定性以及金属化合物高的赝电容和大的能量密度特性,实现复合电极材料中双电层电容和赝电容的协同增效作用。最后针对纤维素导电气凝胶及其复合材料在制备和超级电容器应用中面临的机遇与挑战,指出未来发展方向。     

KOH共热法和水热活化法制备多孔竹活性炭的比较

我国竹材资源丰富,以竹废料为原料,制备可用于超级电容器电极材料的竹活性炭,有助于推动竹产业发展,助力国家“双碳”目标实现。在本研究中,分别采用KOH共热和水热处理对竹粉进行活化,并对制备的竹活性炭进行电化学性能、比表面积、表面微观形貌等测试。实验结果表明,KOH共热活化法的最佳条件为炭化温度350℃,活化温度900℃,升温速率2℃/min,碱炭质量比4∶1;制备的活性炭比表面积为3 299 m²/g, 0.5 A/g电流密度下的比电容为287.8 F/g, 5 000次充放电测试后,电容保持率为95%～105%。水热活化法的最佳条件为KOH质量分数20%,反应温度150℃,反应时间12 h,制备的活性炭比表面积为192.91 m²/g, 0.5 A/g电流密度下的比电容为170.4 F/g,电容保持率为88.89%。2种方法制备的活性炭孔径结构都是以微孔为主,中孔混合分布,含有少量大孔;2种活性炭均含有双层或多层石墨烯结构,但水热活化法制备的活性炭石墨化程度更高,制备条件更温和。研究结果既可为超级电容器用活性炭的研究提供了理论思路,也有效地扩...     

美开发生物质燃料低温电池 可将稻草转为电能

正据物理学家组织网报道,美国科学家开发出一种直接以生物质为原料的低温燃料电池。这种燃料电池只需借助太阳能或废热就能将稻草、锯末、藻类甚至有机肥料转化为电能,能量密度比基于纤维素的微生物燃料电池高出近100倍。相关论文已发表在《自然》杂志子刊《自然通讯》上。尽管以甲醇或氢驱动的低温燃料电池技术得到长足发展,但由于聚合材料缺乏有效的催化系统,低温燃料电池技术一直无法直接使用生物质作为燃料。新研究中,美国佐治亚理工学院的研究人员开发出的这种新型低温燃料电池,能够借助太阳能或热能激活一种催化剂,直接将多种生物质转化为电能。     

“双碳”战略下生物质活性炭材料生产与应用发展探析

生物质活性炭是符合绿色发展理念的碳中性材料,其大力发展和推广应用有助于实现国家“双碳”目标。为促进生物质活性炭产业发展,综述了炭化、活化、改性和再生等生产工艺,讨论了其在吸附净化、催化反应和能源储存等方面的应用,从拓展原料、优化工艺、开发新装备、研制新产品和开展“碳中和”战略规划及标准化研究等方面提出了进一步加快生物质活性炭产业发展的建议。     

氮掺杂竹炭基超级电容器电极材料制备与表征

以竹炭为前驱体、三聚氰胺为氮源、碳酸钾为预活化剂,采用两次活化工艺成功制备了氮掺杂竹活性炭超级电容器电极材料。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、比表面积及孔隙分析(BET)和X射线光电子能谱(XPS)等测试方法对制备的电极材料的形貌、结构、化学成分进行表征。通过控制活化过程中的炭碱比(质量比)优化样品的电化学性能,结果表明:炭碱比为1∶1时制备的NC-1样品比表面积高达1 984.4 m2/g,平均孔径为1.26 nm,样品具有清晰的介孔以及内部蠕虫状的微孔。炭材料中氮元素和氧元素含量(质量分数)分别为2.20%和4.65%,有利于增加活性炭表面的亲水性和赝电容,从而提高其比电容量。经电化学性能测试,NC-1样品循环伏安曲线(CV曲线)具有良好的对称性,呈近似矩形;其中在低电势窗口出现明显的宽峰,表明充放电过程中材料表面的含氮官能团与电解液之间发生氧化还原反应,贡献赝电容。恒流充放电显示在1 A/g电流密度下质量比电容高达224 F/g,与未采用该活化工艺的样品比较提高了86.7%。在50 A/g电流密度下其质量比电容高达144 F/g,且在10 A/g下经5 000次循环充放电后仍可达到93%的初始电容保持率,显示了氮掺杂竹活性炭超级电容器电极材料较优异的电化学性能和稳定的循环性能。     

木质素分子在储能器件中的应用研究进展

木质素是一种绿色环保、低成本的不规则酚类聚合物,其结构中富含羟基和甲氧基等官能团,并且可以从造纸工业的副产品以及农林废弃物中大量获取,因此在各行各业中具有巨大的应用潜力。在储能领域,大量的研究报道了木质素作为可再生碳源制备用于储能装置的电极材料。近年来,越来越多的研究关注了木质素结构中丰富的官能团结构,并充分利用官能团性质将其应用于储能设备,如：利用羟基的亲水性将木质素应用于液流电池的膜结构中提高膜的质子传导率,利用酚-醌结构的可逆变化增加超级电容器的赝电容,利用与苯环共轭的发色基团对太阳能电池光电化学界面进行调控与敏化,利用木质素结构高电荷密度的含氧官能团改善锂离子电池存储的不稳定性,利用木质素分子中丰富的碳和杂原子官能团制备电极从而提高燃料电池的电化学性能。基于木质素分子的官能团结构和性能特点,概述木质素分子对超级电容器、锂离子电池、燃料电池、太阳能电池、液流电池等主流储能器件电化学性能的提升作用和代表性应用,认为最大化保留木质素分子的官能团并将其应用于电化学器件,可以实现木质素分子的多功能化应用,充分发挥木质素基团的特点以提高储能设备的电化学性能。最后,总结归纳了木质素分子应用于...     

利用低温竹炭制备竹活性炭初步研究

选用低温竹炭为原料、氢氧化钾为活化剂,制备不同炭碱比和不同活化时间的竹活性炭。运用傅立叶红外光谱议(FTIR)、比表面积测定仪(BET)等仪器对竹活性炭表面官能团、比表面积和孔径结构及比电容进行了测试和分析。结果表明,炭碱比1:4、活化温度700℃、活化时间3h条件下制备的竹活性炭,比表面积为2897.7m2/g,总孔容为1.340cm3/g,平均孔径为2.59nm,亚甲基蓝吸附值为27.7ml/0.1g,碘吸附值为1920mg/g,作为超级电容器(EDLC)的电极,其比电容为114.4F/g。     

纤维素基电极材料在柔性超级电容器中 的应用研究进展

纤维素是自然界中一种轻质、生物相容性好以及柔韧性强的生物高分子材料,在柔性超级电容器、生物传感器以及电磁屏蔽等领域得到了广泛应用。在柔性超级电容器领域中,纤维素基材料的多羟基结构是电解质离子传导的良好介质,有助于提高电极材料的电容特性以及循环特性,并且易与导电活性材料(如:石墨烯、碳纳米管、导电高分子)通过涂布、共混、层层自组装以及原位聚合等方法构建导电框架以制备柔性电极材料。综述了基于纤维素材料的柔性超级电容器电极开发的相关研究,重点介绍了基于不同纤维素基原料(原生纤维素、纳米纤维素以及纤维素衍生物)制备柔性超级电容器电极的方法以及所得电极的电化学性质,分析归纳了纤维素基材料在柔性电极中的主要作用:作为骨架支撑柔性电极材料、充当柔性基底(可兼有隔膜作用)、形成多孔结构传输电解质离子。最后,对纤维素材料在柔性电极材料领域的发展趋势进行了展望。     

糠醛渣多孔炭的制备及其在超级电容器中的应用

随着经济的发展和社会的进步,人们对具有长的循环寿命、高的功率密度和绿色廉价的能源设备的需求逐渐增加,基于生物质活性炭的超级电容器近年来备受关注。然而,生物质基活性炭的电化学性能仍然缺少竞争力,此外,对其微观结构的控制也是较大难题。笔者以糠醛渣为原料,KOH为活化剂,在氩气氛围下通过两步炭化的方法制备三维多孔炭材料,并将制备的多孔炭用做超级电容的电极材料。通过SEM、TEM、Raman、XPS、XRD等手段系统分析表征了所获多孔炭材料的形貌、结构、组成,并探讨活化剂的比例对糠醛渣多孔炭结构性能的影响。研究结果表明:当KOH和糠醛渣的质量比为3∶1时,所制备的多孔炭材料比表面积为2 164.3 m~2/g,具有良好的电容性能(当电流密度1 A/g时,比电容为235.6 F/g)、倍率性能和循环稳定性(当循环充放电10 000次后,比电容仍能保留96%以上)。本研究从生物精炼废弃物中制备了性能优异的超级电容器用活性炭,为降低高性能超级电容器成本,实现生物质的高值化应用提供新思路。     

美用黏土开发出高温超级电容器

正美国莱斯大学科学家用黏土和一种电解液混合,开发出一种既能当电解液又能当隔离板使用的"复合板",可作为一种新型高温超级电容器。"多年来,研究人员一直想造出像电池和超级电容器这样能在高温环境下稳定工作的能源存储设备,但由于传统材料本身性质的制约,一直未能攻克难题。"莱斯大学材料科学家帕里柯·阿加恩说,"我们的革新是找到了一种能在高温下保持稳定的、非传统     

国内外活性炭的研究进展及发展趋势

介绍了近年来国内外活性炭制备技术研究进展,如无公害化、低消耗、预处理、催化活化、模板法、超性能制备技术等.同时讨论了活性炭应用技术研究进展,比如储氢、天然气调峰、油气回收、空气分离富氧、光催化、温度控制、花卉保鲜剂、土壤改良剂、燃料电池电极等,包括吸附达饱和活性炭的再生.提出了活性炭生产应用技术目前存在的问题以及今后发展趋势.     

竹粉活性炭的制备及性能研究

以竹粉为原料,用氢氧化钾(KOH)和氢氧化钠(NaOH)混合活化剂,在不同活化剂比例、不同活化时间和活化温度条件下制备竹粉活性炭,运用比表面积测定仪(BET)、恒电流充放电法测定仪等仪器对竹粉活性炭比表面积、孔容和孔径结构及比电容进行了测试.结果表明,竹粉和混合碱的比1∶3且两者活化剂比例相等时,活化温度900℃,活化时间1 h条件下制备的竹活性炭性能最佳,其比表面积为1 003.2 m2·g-1,总孔容为0.564 cm3·g-1,平均孔径从为2.47 nm,碘吸附值为933 mg·g-1,作为超级电容器(EDLC)的电极,其比电容为101.1 F·g-1.     

竹炭及其复合材料在超级电容器中的应用研究进展

详细阐述了竹炭基超级电容器材料的作用原理、制备工艺和影响因素,介绍了其结构设计和工艺方面的研究进展。相对于单一活性竹炭材料,重点分析了以竹炭作为赝电容材料生长/嵌合模板的竹炭基复合材料,赝电容材料与电解液界面之间发生的氧化还原反应,体现出双电层和赝电容的高效协同效应,使竹炭基碳材料具有更为广泛的应用领域。在总结当前竹炭基超级电容器材料研究成果及所面临问题的基础上,对利用我国丰富的竹材资源在超级电容器领域的应用前景进行了展望。