超级电容器生物碳电极的制备及应用进展
发布时间：2021-08-24 19:42
电极作为超级电容器储能过程中的核心部件,其材料特性对器件服役性能具有关键影响。近年来,随着化石能源的过度开发,生物碳作为新型储能材料被广泛研究。首先介绍了超级电容器的储能原理及常见的电极材料,然后对生物碳电极的制备方法进行总结,并讨论了其电化学性能的影响因素。在此基础上对生物碳及其复合材料在超级电容器电极材料领域的研究进展进行综述。
【文章来源】：电源技术. 2020,44(09)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１?超级电容器电极材料分类??２生物碳概述??２．１生物碳简介??
氧铒化物?聚噻吩（ＰＴｈ＞??十物碳??图１?超级电容器电极材料分类??２生物碳概述??２．１生物碳简介??生物碳一般是以绿色植物光合作用形成的有机质等（如稻??壳、木炭、果核、蔗渣、秸秆）作为原料，经过高温裂解碳化得到??的衍生碳材料［４］。作为含碳前驱体，生物碳具有来源广泛、价格??低廉、绿色环保等特点，近年来广泛应用于催化、净化、储能等??领域。??２．２生物碳制备方法??目前生物质多孔碳的获取方法主要有热解法、水热碳化??法、高温气化法和活化法等Ｉ其分类示意图见图２。??—？酸礙［Ｈ＿，ＰＯ＿／ＮａＯＨ／ＫＯＨ?ｅｔｃ．］??—？?［Ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｄ?ｓｔｅａｍ－Ｈ：０（ｇ）］??一?？微波［Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ｗｉｔｈ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ］??一?？；：氧化碳［Ｈｅａｔｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ＣＯ：］??一?？氧化物［Ｋ２Ｍｎ〇４／Ｈ：ＣＶＡｉｒ／０３?ｅｔｃ．］??图２?常见生物碳制备方法示意图？??２．２．１热解法??热解法是指将不经过任何前处理的生物质直接在惰性气??体氛围中进行碳化（２００￣９０（ＴＣ）得到生物质基固体碳材料Ｉ??该方法操作简便，碳化物收率较高，能够有效去除某些有机??物、杂原子和部分挥发性物质，但反应过程中会排出ＣＯ等有??毒气体对环境造成污染。??２．２．２水热法??水热法是在封闭条件下，以水为反应介质，在１５０￣２５０＇Ｃ??气化法则是在较高温度范围（６００－９００－Ｃ?）和较短时间内??使生物质进行不完全燃烧得到生物质碳的方法。过程中使用??的氧化剂可以是氧气或者空气。得到的主要产品是气体，碳产??率较低，通常是原料的５％￣１０％，其优点在于生产流程较为
孔径尺寸／ｎｍ??图３?不同温度下制备的碳化物衍生碳归一化电容（比电容??与比表面积的比值）随其孔径尺寸的变化关系＾??现较高的电荷容量和倍率性能。??２．３．３导电性??生物多孔碳材料的导电性也会影响其电化学性能的发??挥。导电性越好意味着电极材料能量传输效率越高。对于碳材??料而言，导电性与碳原子之间的结合方式及排列的有序程度??有关。除去碳材料本身的性质，其电导率还会受到制备工艺的??影响ｍ。常用的高温碳化法有利于提高其石墨化程度，增强材??料导电性。但是碳化过程中发生的部分孔洞坍塌可能会对生??物碳的导电性产生负面作用。??３生物碳在超级电容器电极材料领域??的应用??３．１生物碳直接碳化作为超级电容器电极材料??随着当今社会对于清洁能源需求的日益増长，近年来各??种生物质前驱体作为新型能源被大量研究。例如：棉花秸秆、??剑麟维、高粱、苹果果肉等ＡＢｉｓｗａｌ等在不添加活化剂的情??况下将苦楝树叶直接碳化，所得多孔碳显示出１?２３０?ｍ２／ｇ的较??大比表面积，在１?ｍｏｌ／ＬＨ２Ｓ０４中其质量比电容可以达到４００??Ｆ／ｆ。Ｊｉａｎｇ等通过微波诱导加以ＺｎＣｌ２化学活化的方法，利用??甘蔗渣制备纳米多孔碳材料，产物内部孔的尺寸大小随ＺｎＣｌ２??浓度的增加而增大，大孔径有利于纳米多孔碳离子的传输和??存储，因此比电容也随之增大??一些生物质多孔碳还具有分级孔道结构，表现出良好的??循环性能和倍率性能［１８１。Ｌｖ等将经过一系列前处理的香蕉皮??在氮气保护下１?〇〇〇°Ｃ碳化８?ｈ，制得的碳材料具有纳米多级??孔道，具体过程及微观形貌如图４（ａ）所示。该产物比表面积高??达１?６５０?ｍ２／ｇ
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物炭的制备及其在超级电容器中的应用研究进展[J]. 李丹青,张霞,许元栋. 现代商贸工业. 2018(23)
[2]锂离子电容器电极材料研究进展[J]. 李尧,宋家旺,刘庆雷,顾佳俊,朱申敏,张旺,张荻. 中国材料进展. 2018(06)
[3]生物炭在储能材料及器件中的研究进展[J]. 刘远洲,覃爱苗,孙建武,杨历,廖雷,张开友,吴一凡,赵良传. 功能材料. 2017(03)
[4]甘蔗渣基纳米孔碳在超级电容器中的应用(英文)[J]. 司维江,吴小中,邢伟,周晋,禚淑萍. 无机材料学报. 2011(01)
本文编号：3360601
【文章来源】：电源技术. 2020,44(09)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１?超级电容器电极材料分类??２生物碳概述??２．１生物碳简介??
氧铒化物?聚噻吩（ＰＴｈ＞??十物碳??图１?超级电容器电极材料分类??２生物碳概述??２．１生物碳简介??生物碳一般是以绿色植物光合作用形成的有机质等（如稻??壳、木炭、果核、蔗渣、秸秆）作为原料，经过高温裂解碳化得到??的衍生碳材料［４］。作为含碳前驱体，生物碳具有来源广泛、价格??低廉、绿色环保等特点，近年来广泛应用于催化、净化、储能等??领域。??２．２生物碳制备方法??目前生物质多孔碳的获取方法主要有热解法、水热碳化??法、高温气化法和活化法等Ｉ其分类示意图见图２。??—？酸礙［Ｈ＿，ＰＯ＿／ＮａＯＨ／ＫＯＨ?ｅｔｃ．］??—？?［Ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｄ?ｓｔｅａｍ－Ｈ：０（ｇ）］??一?？微波［Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ｗｉｔｈ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ］??一?？；：氧化碳［Ｈｅａｔｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ＣＯ：］??一?？氧化物［Ｋ２Ｍｎ〇４／Ｈ：ＣＶＡｉｒ／０３?ｅｔｃ．］??图２?常见生物碳制备方法示意图？??２．２．１热解法??热解法是指将不经过任何前处理的生物质直接在惰性气??体氛围中进行碳化（２００￣９０（ＴＣ）得到生物质基固体碳材料Ｉ??该方法操作简便，碳化物收率较高，能够有效去除某些有机??物、杂原子和部分挥发性物质，但反应过程中会排出ＣＯ等有??毒气体对环境造成污染。??２．２．２水热法??水热法是在封闭条件下，以水为反应介质，在１５０￣２５０＇Ｃ??气化法则是在较高温度范围（６００－９００－Ｃ?）和较短时间内??使生物质进行不完全燃烧得到生物质碳的方法。过程中使用??的氧化剂可以是氧气或者空气。得到的主要产品是气体，碳产??率较低，通常是原料的５％￣１０％，其优点在于生产流程较为
孔径尺寸／ｎｍ??图３?不同温度下制备的碳化物衍生碳归一化电容（比电容??与比表面积的比值）随其孔径尺寸的变化关系＾??现较高的电荷容量和倍率性能。??２．３．３导电性??生物多孔碳材料的导电性也会影响其电化学性能的发??挥。导电性越好意味着电极材料能量传输效率越高。对于碳材??料而言，导电性与碳原子之间的结合方式及排列的有序程度??有关。除去碳材料本身的性质，其电导率还会受到制备工艺的??影响ｍ。常用的高温碳化法有利于提高其石墨化程度，增强材??料导电性。但是碳化过程中发生的部分孔洞坍塌可能会对生??物碳的导电性产生负面作用。??３生物碳在超级电容器电极材料领域??的应用??３．１生物碳直接碳化作为超级电容器电极材料??随着当今社会对于清洁能源需求的日益増长，近年来各??种生物质前驱体作为新型能源被大量研究。例如：棉花秸秆、??剑麟维、高粱、苹果果肉等ＡＢｉｓｗａｌ等在不添加活化剂的情??况下将苦楝树叶直接碳化，所得多孔碳显示出１?２３０?ｍ２／ｇ的较??大比表面积，在１?ｍｏｌ／ＬＨ２Ｓ０４中其质量比电容可以达到４００??Ｆ／ｆ。Ｊｉａｎｇ等通过微波诱导加以ＺｎＣｌ２化学活化的方法，利用??甘蔗渣制备纳米多孔碳材料，产物内部孔的尺寸大小随ＺｎＣｌ２??浓度的增加而增大，大孔径有利于纳米多孔碳离子的传输和??存储，因此比电容也随之增大??一些生物质多孔碳还具有分级孔道结构，表现出良好的??循环性能和倍率性能［１８１。Ｌｖ等将经过一系列前处理的香蕉皮??在氮气保护下１?〇〇〇°Ｃ碳化８?ｈ，制得的碳材料具有纳米多级??孔道，具体过程及微观形貌如图４（ａ）所示。该产物比表面积高??达１?６５０?ｍ２／ｇ
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物炭的制备及其在超级电容器中的应用研究进展[J]. 李丹青,张霞,许元栋. 现代商贸工业. 2018(23)
[2]锂离子电容器电极材料研究进展[J]. 李尧,宋家旺,刘庆雷,顾佳俊,朱申敏,张旺,张荻. 中国材料进展. 2018(06)
[3]生物炭在储能材料及器件中的研究进展[J]. 刘远洲,覃爱苗,孙建武,杨历,廖雷,张开友,吴一凡,赵良传. 功能材料. 2017(03)
[4]甘蔗渣基纳米孔碳在超级电容器中的应用(英文)[J]. 司维江,吴小中,邢伟,周晋,禚淑萍. 无机材料学报. 2011(01)
本文编号：3360601
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