椰壳活性炭比表面积和孔结构的调节及对超电容性能的影响

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碳材料双电层超级电容器具有较高的功率密度和较长时间的循环稳定性。近年来越来越多的应用在混合动力或纯电动汽车上,然而较低的能量密度限制了它的应用。本文利用海南特色资源椰子,通过调节合成活性炭的单因素,制备富含介孔高比表面积活性炭,使其拥有高功率密度的同时还能保持很高的能量密度,所以可以广泛的应用的工业设备上。本文以椰壳为原料,通过调节合成过程的单因素得到不同比表面积和孔径分布的活性炭,在单因素活化温度860℃、活化保温时间1h、碱炭比4:1合成的活性炭AC-4最好,其比表面积383|m2· g-1、孔体积2.289 cm3· g-1,其中含有42.3%的介孔。较高的比表面积可以产生很高的能量密度;大量的介孔可以为电解液离子在大倍率电流密度下快速迁移,从而提高功率密度。这种活性炭可以很好的满足商业的要求。AC-4活性炭组装的超级电容器在1 A· g-1电流密度下放电比容量达到260 F ·g-1,10000次循环之后容量仍保持90%左右,优良的循环性能;库伦效率保持几乎100%;100 A·g-时仍保持216.116 F·g-1,超高的倍率性能;最高功率密度24.5kW·kg-1,能量密度13.35Wh.kg-1;阻抗测试显示等效串联电阻0.3Ω,较低的阻抗也说明了该材料有利于离子穿梭。为了提高器件的能量密度,选取了电压窗口更宽的离子液体作为电解液,在0.1A·g-1是比电容达到197F·g-1,当功率密度高达78.46 kW · kg-1时仍旧保留有44.23 Wh · kg-1的高能量密度。这些电化学测试表明,通过这种简单、方便的方法制备的椰壳基活性炭具有优异的电容性能,可以广泛的应用在商业上。
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