高比表面积竹炭基活性炭的孔结构对电容性能的影响

以毛竹为炭前驱体,KOH作活化剂,制备具有高比表面积的活性炭(HSAAC)材料,考察了KOH与竹炭的质量比(碱炭比)对活性炭孔结构、吸附性能和电容性能的影响。结果表明:随着碱炭比值的增加,活性炭的比表面积、中孔容积和总孔容增大,微孔孔容先增大后减小;碘吸附值、亚甲基蓝吸附值均呈现先增大后减小的趋势,碱炭比值为4时达到最大,分别为2 168和569 mg/g。当碱炭比值为4时,可制得比表面积为2 610 m2/g、总孔容为1.24 cm3/g(其中微孔孔容0.81 cm3/g,中孔孔容0.382 cm3/g)的活性炭材料。以其为电极材料组装的电容器在30%H2SO4电解液中的比电容为206 F/g。     

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。     

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...     

杉木树皮基活性炭的制备、表征及其电化学性能研究

以林业废弃物杉木树皮作原料,通过低温炭化和KOH高温活化两步法制备了具有高表面积和孔隙率的杉木树皮基活性炭并应用于超级电容器电极材料。以碱炭比和活化温度为试验因素,以电流密度0.5 A/g下的质量比电容为响应值,进行中心复合设计(CCD)和响应面分析。研究结果表明：杉木树皮基活性炭的比表面积最高可达1 522 m²/g,最大孔容可达0.84 cm³/g,此时平均孔径为1.12 nm,且同时存在大量的中孔和微孔。碱炭比和活化温度的交互作用对比电容的影响显著,响应面法优化得到杉木树皮基活性炭最佳制备工艺为：碱炭比值为3,活化温度605℃,此条件下炭材料的比电容为185.7 F/g。对优化条件下制备的活性炭进行电化学性能测试发现：在0.5 A/g条件下的最大比电容为188 F/g,且具有良好的倍率性能(85.1%)。     

活化剂用量对竹基活性炭孔结构及电化学性能的影响

以毛竹为炭前驱体,KOH作活化剂,通过调节KOH用量在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的竹基活性炭材料,通过扫描电镜、BET氮气吸附、直流充放电、交流阻抗和循环伏安等结构与电化学性能分析方法,考察了碱炭比对竹基活性炭材料结构和性能的影响.研究结果表明:随着碱炭比增大,活性炭材料的比表面积与总孔容、中孔孔客、微孔孔客...     

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。     

炭化温度对竹基活性炭孔结构及电化学性能的影响

以毛竹为炭前驱体,KOH作活化剂,通过调节炭化温度在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的竹基活性炭材料,通过SEM、XRD、BET、直流充放电、交流阻抗和循环伏安等结构与电化学性能分析方法,考察了炭化温度对竹基活性炭材料结构和性能的影响。研究结果表明:随着炭化温度升高,活性炭材料的比表面积与总孔容、中孔孔容均不断减小,微孔比表面积和微孔孔容先增大后减小。其中炭化温度为500℃的样品BAC500比表面积为3447m~2/g,总孔容为1.96cm~3/g,在有机电解液中以1mA/cm~2的电流密度充放电时,比电容高达178.8 F/g,电流密度增大50倍容量保持率为74.6%,显示出良好的功率特性。活性炭材料中存在一定比例的中孔不仅可以改善电极材料的功率特性,而且可以提高微孔的利用率。     

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。     

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。     

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.     

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。     

微波加热方法制备活化生物质炭的研究

笔者采用微波加热的方式以松木片为原料、KOH为活化剂制备活化生物质炭,探索了3种不同KOH/生物质炭的配比(0.5、1.5和3.0)条件下的活化生物质炭的孔结构和甲苯吸附量。甲苯吸附量的测试采用了一种简便、高效、环保和廉价的方法。结果表明,配比为3.0的活化生物质炭达到最高的比表面积2044m~2/g,微孔比表面积也达到最高值1712m~2/g。对不同浓度的甲苯进行吸附,在甲苯浓度为400ppmv时,配比为3.0的活化生物质炭显示了最大的吸附量56.0%。而对高浓度甲苯吸附,配比为3.0的活化生物质炭的吸附量则可达到71.9%,并且其吸附等温线数据能很好的拟合DQSAR吸附模型。     

活性炭作为电能储存与能源转化材料的研究进展

活性炭是一类传统的、可工业化生产的多孔质炭材料,由于它具有高的比表面积,可调的孔隙结构与表面化学性质、稳定的物理化学性质以及良好的导电性,因此,活性炭不仅在环保、化工、食品和医药等领域中得到广泛应用,而且具有储存电能和电催化转化燃料的潜力,在超级电容器和燃料电池等新型能源器件领域显示出巨大的应用前景。笔者综述了活性炭作为超级电容器和燃料电池电极材料的主要研究进展。在超级电容器方面,活性炭是作为储存电能的材料,主要综述了活性炭作为超级电容器电极材料的应用历史,气体活化法、化学药品活化法、碱金属活化法等常规方法制备的活性炭储存电能的性能,活性炭表面含氧、氮、硫和磷表面官能团对超级电容器活性炭电化学性能的影响规律,活性炭表面改性技术在超级电容器活性炭方面的应用。在燃料电池方面,活性炭是作为阴极反应的催化剂材料,主要综述了活性炭作为碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池和微生物燃料电池阴极材料的研究现状,炭材料催化燃料电池的阴极反应,即氧气还原反应的表面结构特点与反应机理。通过分析总结,明确了活性炭作为新型能源材料的未来发展方向。     

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。     

竹节制备高比表面积活性炭的研究

以竹节为原料，采用KOH化学活化法制备高比表面积活性炭。研究了炭化温度、活化温度和KOH与生节炭的质量比对活性炭的收率和吸附性能的影响，并对所得活性炭的比表面积和微孔结构进行了初步探讨。结果表明：在炭化温度为700℃、碱/炭质量比为4、活化温度为900℃、活化时间为1h时可制表面积为2610m^2/g的高比表面积活性炭，其碘吸附值为2300mg/g、亚甲基基蓝值为570mg/g，均为普通活性炭的2-3倍。     

不同部位竹材制备竹活性炭及其对苯酚的吸附性能

利用不同部位的竹材如竹蔸、竹节和竹枝制备竹炭,以KOH为活化剂,在活化温度为700℃和不同质量浓度的KOH溶液下进行活化制备竹活性炭,测定吸附性能最好的竹活性炭在不同吸附时间和溶液质量浓度下对苯酚的吸附情况,并进行结构表征.结果表明:KOH溶液质量浓度为16.0 g·L-1时,制备的竹活性炭对苯酚的吸附效果最好,而竹蔸、竹节和竹枝活性炭中又以竹蔸活性炭吸附性能最好;吸附时间在40min时,竹蔸活性炭对苯酚的吸附趋于平衡,在30℃时竹蔸活性炭苯酚吸附量达到83.4 mg·g-1时趋向饱和.竹枝炭、竹节炭与竹篼炭的孔隙度分别为0.656,0.698和0.740,竹枝活性炭、竹节活性炭与竹篼活性炭的孔隙度分别为0.688,0.748和0.790.竹篼炭和竹篼活性炭比表面积分别为110.4和475.7m2·g-1,孔容分别为0.09和0.26mL·g-1,平均孔径分别为3.16和2.19nm.     

樟子松气化联产炭制备活性炭的试验

樟子松在采伐、造材和加工过程中产生大量废弃木片、枝丫条等林业三剩物,而生物质多联产气化反应系统可将废弃物气化,产生可燃气、提取液和生物质炭3类产品。为了增加生物质的利用效率,提高生物质气化多联产系统的经济效益,笔者以Na OH为活化剂,研究以废弃樟子松木片气化炭为原料的活性炭的制备工艺,分析碱炭比、活化时间及活化温度对活性炭的比表面积、孔径分布、碘值以及得率的影响。研究结果表明较佳的工艺条件为碱炭比2.5、活化时间1.5 h、活化温度800℃,该条件下的活性炭得率为45.6%,比表面积1 702.217 0 m2/g,碘吸附值1 800 mg/g,微孔百分比79.85%,过渡孔百分比19.47%,平均孔径2.18 nm。     

高吸附性能的活性炭研制及其在双电层电容器中的应用

以石油焦为原料,KOH为活化剂研制出的活性炭,碘吸附为2608 mg.g-1,是普通活性炭2.6倍,对亚甲基蓝吸附为36ml,是普通活性炭的3倍。在活性炭的制备试验中,活化剂用KOH和活化助剂,高温浸渍这一新工艺。通过电容制备的应用试验,得出电容的大小与活性炭吸附和脱附KOH值有关。     

废弃粉状活性炭制备多孔炭陶瓷及其吸附性能研究

为了实现废弃粉状活性炭的再生与资源化利用,笔者以废弃粉状活性炭为原料,以凹凸棒土为黏结剂,通过混合捏合、挤压成型、干燥烧结制备了多孔炭陶瓷。采用氮气吸附、扫描电子显微镜、X射线衍射表征了多孔炭陶瓷的孔隙结构和形态,测试了多孔炭陶瓷对碘、亚甲基蓝、苯酚和腐殖酸的吸附能力。考察了黏结剂用量、烧结温度和时间对炭陶瓷孔隙结构、吸附性能和强度的影响,分析了多孔炭陶瓷吸附水体中腐殖酸的性能。结果表明,黏结剂用量、煅烧温度和时间均对炭陶瓷的孔隙结构、强度和吸附能力具有较为明显的影响:当黏结剂与原料炭的质量比为1∶4,烧结温度和时间分别为800℃和0.5 h时,可以制备出强度达98%、比表面积和比孔容积分别为607 m2/g和0.720 cm3/g的中孔发达的多孔炭陶瓷。该成型炭陶瓷具有发达的中孔结构,对腐殖酸的平衡吸附量可达193.3 mg/g,显著高于商用的成型活性炭。溶液的p H和吸附温度影响炭陶瓷对腐殖酸的吸附量,在溶液p H为3、吸附温度为45℃时,炭陶瓷表现出较好的腐殖酸吸附能力。     

氮磷掺杂生物质介孔炭的合成及其电化学性能

以桉木木质纤维素作原料，六对羧基苯氧基环三磷腈(HCPCP)作为氮磷掺杂剂，NaOH作为共活化剂，采用先炭化后活化制备了木质纤维素基氮磷掺杂介孔炭(NPC)材料，采用SEM、XRD、XPS和拉曼光谱等方法对介孔炭材料进行表征。研究结果表明：活化温度650℃下得到的样品(NPC-650)具有丰富的蜂窝状孔隙结构，平均孔径为5.18 nm,介孔体积比89%。用介孔炭NPC-650作为阴极材料组装成锌离子混合电容器，在0.2 A/g电流密度下比电容为194 F/g,能量密度为87.3(W·h)/kg,功率密度为179.5 W/kg,在10 A/g电流密度下充/放电5 000次，电容保持率98.9%。