无灰煤基活性炭孔结构调控及其电化学性能

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双电层电容器(Electric Double Layer Capacitor,EDLC)是一种新型的储能装置,电极材料的性质决定双电层电容器储能性能。碳材料作电极材料时,其孔径分布、比表面积、表面官能团是影响其电化学性能的三大主要因素。以无灰煤为原料,分别通过KOH活化法、CO2活化法、CO2-KOH联合活化法三种活化方法制备无灰煤基活性炭,并通过N2等温吸附脱附法、XRD、FT-IR、SEM等手段,对其结构进行表征。通过对比三种活化方法所制备的活性炭各性质参数,分析了孔结构的衍化规律,同时提出孔径在0.5~1.5 nm范围的孔对电化学性能提高有重要作用。研究发现,孔结构衍化过程与微晶结构变化有较大关系。初反应时,活化过程表现为无规则碳的烧失,同时微晶单元参与反应,片层明显减小,主要形成0.5nm以下的微孔,以开孔作用为主。随反应的加深,KOH刻蚀微晶结构加剧,以扩孔作用为主,>0.5 nm的孔比例增大,同时发展超微孔和中孔。在CO2-KOH联合作用下,可调控出微孔集中分布在0.4~0.6 nm范围内的碳材料,在活化温度850oC、活化时间150 min、CO2流速为10 m L/min/g时,比表面高达2412.4 m2/g,与KOH活化相比,活性炭的孔更集中分布在0.5 nm附近。中孔率较低,不利于电化学性能的提高,比电容最高为212.4 F/g。图54幅;表20个;参80篇。
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