良好的电容器电极材料-棉杆基活性炭

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2014-04-09
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  中国科学院新疆理化技术研究所的陈铭德、康雪雅等研究员指出,对于电化学电容器电极材料而言,棉杆基活性炭不仅有着良好的电化学性能,而且价格低廉,来源广泛,具有广阔的开发应用前景。

  关于超级电容器电极材料的研究,从碳基材料、金属氧化物材料到导电聚合物材料,前人做了大量工作。生物质资源来源广泛,但是利用率不高。陈铭德、康雪雅他们研究了以棉杆为原料,采用KOH化学活化法制备超级电容器活性炭电极材料。用SEM进行表征,恒流充放电,循环伏安法、交流阻抗研究其电化学性能。

  实验步骤如下:首先,将棉花秸秆去皮粉碎烘干,置于气氛炉中在Ar的保护下800℃温度烧结2h,将烧结产物与5mol/L的KOH活化剂按照一定量的固液比浸渍12h后进行干燥处理。然后,将其在通有Ar的气氛炉中烧结(800℃),控制活化温度(AC-1为0.5h,AC-2为1h,AC-3为2h,AC-4为3h的活化产物),将其产物过滤洗涤。最后,在80℃下真空干燥洗涤。其产物在玛瑙研钵中研细,得粉末样品。

  活性物质、乙炔黑及PVDF按80:15:5的质量比称量,混合均匀后,涂覆于干燥的铝箔上,待其自然晾干后,用铳子裁剪大小相同的电极片,于120℃真空干燥7h后使用。然后,选取质量相同(精确到0.1mg)的一组电极片在手套箱中组装双电层电容器,1.0mol/LEt4NBF4/AN(四乙基铵四氟硼酸盐/乙腈)(水分≤20ppm)做电解液,室温下在电池测试仪(BTS-51,Neware,China)上进行恒流充放电测试,电化学工作站CHI660A上进行循环伏安、交流阻抗测试,电压范围为0~3.5V。

  得出结果,上图为不同活化条件下制备活性炭的微观形貌,从图中清晰的看到,活化后的活性炭趋于一种石墨化层状结构,随着活化时间的增加,棉杆基活性炭的孔隙结构增加,从而有利于材料的电容增加。当活化时间为2h时最佳,之后由于活化时间过长,导致空隙结构的坍塌。

  从图2-6比较中得出,棉杆基活性炭电极材料组装成纽扣式双电层电容器,其在2A/g的电流密度下的放电比容量能够达到180F/g。

  研究员总结,实验制得的棉杆基活性炭电极材料比容量高,循环稳定性好,具有良好的电容特性,适合作为超级电容器的电极材料。该研究发表在汉斯出版社《分析化学进展》2013年2月的期刊上。(编译/龚珊)【了解更多请选择尔湾阅读--本文版权属于汉斯出版社,转载请注明出处】

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