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胡中华

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期刊论文

高性能活性炭电极材料在双电层电容器中的应用研究

胡中华刘亚菲胡中华*曾俊程庚金生

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摘要/描述

以椰壳为原料、ZnCl2 为活化剂,用同步物理-化学活化法制备五个活性炭样品。通过测定炭样品的氮吸附等温线,计算了活性炭的比表面和孔结构参数。用恒流充放电、循环伏安法等电化学方法研究了KOH 为电解质、活性炭电极构成的硬币型双电层电容器的电容性能。结果显示,活性炭样品具有很大的比表面积和孔容,最高的分别达到1930m2/g 和1.552cm3·g-1,为高比表面和高孔隙率活性炭。炭样CZ124 中孔孔容高达0.616cm3·g-1,在2-4nm 处的孔容最大,在15nm 附近的孔容也达到0.1cm3·g-1 以上,为中孔活性炭。其它样品的孔结构中,微孔的比例较高,且孔径在1.5-2nm 之间有较多分布,均属于微孔活性炭,其中以CZ123 的微孔最为发达。放电电流为5mA 时,炭样CZ124 和CZ112 的比电容达到360F/g 和309F/g,均大于文献[1][2]报道的活性炭最大比电容300 F·g-1 和活性炭纤维的340 F·g-1。其它样品的比电容也均大于230F/g。随着放电电流的增大,五种样品的比容量都呈现出下降的趋势,CZ124 的降幅最大,而CZ123 下降的趋势最小,在电流增大10 倍时仍保持在200 F·g-1 以上,表现出优良的大电流法放电特性。由此推测:1.5-2nm 的大微孔 (supermicropore) 炭表面能形成有效的双电层,用有较多大微孔的高比表面活性炭适宜用作大电流充放电的电极材料。同时分析研究了炭材料的结构对电化学性能的影响,结果表明BET 比表面积与比电容之间没有直接关系,但孔结构对比容量影响很大:在小电流放电(5mA)时,中孔面积比容量比微孔面积比容量大5 倍,对双电层电容的形成起主要作用;当电流增大为50mA 时,中孔面积比容量急剧下降至5mA 时的5%,而微孔面积比容量则略有下降,说明微孔对双电层电容的贡献比较稳定,中孔则受放电电流的影响较大。

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